令人费解的超高密度太空物体可能是一种新型行星

一项旨在理解开普勒任务对漂流冰巨星的发现的模拟表明,它们可能是类似海王星的天体残骸,这些天体过于靠近其母星

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根据本周在伦敦皇家学会举行的系外行星会议上公布的结果,太阳系外神秘的高密度天体可能是类似海王星的冰巨星的残骸,这些冰巨星漂移得离它们的太阳太近了。

在NASA的开普勒太空任务(旨在寻找系外行星,于2009年发射)最令人困惑的发现中,有一些天体的质量相对于其体积而言过重。在少数天文学家可以估算探测器发现的遥远行星的质量和体积的案例中,这些物体的半径与地球相似,但密度却比纯铁还要大。

关于行星形成的传统理论都无法解释这种尺寸行星中如此高的密度。“在太阳系中,没有办法解释这一点,”法国南特大学的地球物理学家奥利维耶·格拉塞特说。


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化石世界
格拉塞特和他的合作者现在表示,这些奇怪的天体可能是曾经更大的行星的“化石核心”,这是一个想法,最初由研究人员在2011年提出。这些行星本应是冰巨星,形成于恒星系统的外围部分,然后向内迁移——因为它们的轨道受到周围气体和尘埃相互作用的影响——或许会靠近它们的太阳,就像水星靠近我们的太阳一样。

格拉塞特解释说,靠近恒星的较高温度会蒸发行星的外层,这些外层主要由挥发性成分组成,如氢、氦和水。剩下的核心将由岩石和金属组成,就像地球的大部分一样,其重量可能是我们地球的数倍,使它们成为科学家所称的超级地球。

但是,这些核心是在行星外层的重压下形成的,承受着大约500吉帕斯卡的压力——是地球大气压的500万倍——以及大约6,000开尔文的典型温度。因此,这些核心中的物质应该比地球更紧密、更致密。

快速变化
格拉塞特与他在南特的同事行星科学家安托万·莫凯和NASA喷气推进实验室(位于加利福尼亚州帕萨迪纳)的行星地质学家克里斯托夫·索廷一起,创建了一个计算机模拟来测试这个想法。

该团队发现,如果冰巨星的外层在数十亿年内被移除,这些物质会“放松”,膨胀回更普通的密度。但是,如果剥离发生在一段地质时间较短的时间内,突然的冷却会将核心锁定在其致密状态,基本上是永远。“如果这个过程很短,你最终会得到一个非常压缩的超级地球,”格拉塞特说。

伦敦大学学院的地质学家拉斯·斯蒂克斯鲁德称这个想法“令人着迷”——尽管他警告说,科学界对冰巨星核心极端温度和压力下物质行为的理解仍然不完整。格拉塞特承认,他的团队的计算存在很大的不确定性,尤其是在裸露核心的松弛速率方面。但是,他补充说,他和他的同事做出了保守的假设。

NASA艾姆斯研究中心(位于加利福尼亚州莫菲特菲尔德)的太空科学家、开普勒任务的负责人威廉·博鲁茨基表示,这个想法是合理的,但冰巨星的外层可能还有其他方式被剥离。例如,这个过程可能是与另一个行星大小的天体发生灾难性碰撞的结果。或者,也许高密度核心可能表明行星是通过类似于恒星形成的奇异过程形成的。他说,无论其含义如何,开普勒的发现正在颠覆旧的假设,这令人兴奋。“这就是我们做科学的原因。”

本文经杂志自然许可转载。这篇文章于2013年3月13日首次发表

Davide Castelvecchi is a staff reporter at Nature who has been obsessed with quantum spin for essentially his entire life. Follow him on Twitter @dcastelvecchi

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