超级地球或能解释行星形成盘中的奇特缝隙

新研究表明，中等质量的世界可以在其他恒星周围形成精致的环状结构

NASA的开普勒太空望远镜和其他仪器已经揭示了数千颗外星行星的存在。它们中的大多数是“超级地球”——质量介于地球到海王星之间的岩石世界。

但是，如此众多的超级地球的存在似乎与天文学家对行星形成的理解相矛盾。事实上，对新生太阳系的观测显示，一些特征似乎需要更巨大的气体巨星（如木星）的存在。

科学家们可能刚刚解开了这个谜团，或者至少是其中的一部分。亚利桑那大学的博士后研究员董若冰和他的同事提出，超级地球可以在环绕年轻恒星的气体和尘埃盘中开辟出多个缝隙。[图集：最奇异的外星行星]

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年轻恒星形成时周围环绕着气体和尘埃云，随着恒星旋转，这些云最终聚结成盘。当这个盘中的微小尘埃颗粒碰撞时，它们形成更大的天体，而这些天体反过来又吸引更多的气体和尘埃。最终，一些天体吸积了足够的质量以形成原行星。

一些年轻行星最终会吸入足够的物质，以至于在星盘中打开一个缝隙。天文学家在观察带有原行星盘的恒星时，通常认为缝隙需要一颗大型行星来占据如此多的物质——一颗像木星这样的气体巨行星。

董和他的团队使用计算机模拟来重现并帮助解释望远镜对年轻恒星及其完整原行星盘的一些观测结果——特别是HL Tauri和TW Hydrae恒星，阿塔卡玛大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）分别于2014年和2016年在智利对它们进行了观测。

ALMA看到这些恒星周围的星盘有缝隙，形成环状图案。研究人员表示，一些缝隙彼此非常靠近——事实上可能太近了，以至于巨行星的轨道无法保持稳定。

董在一份声明中说：“在ALMA揭示的HL Tauri和TW Hydrae中的缝隙中，有两对缝隙非常狭窄且彼此非常接近。在传统理论中，行星很难在星盘中打开这样的缝隙。由于物理学原理，它们永远不可能如此狭窄且如此接近。”

董和他的团队进行的计算机模拟产生了类似于ALMA观测到的星盘——即使没有任何气体巨星参与其中。

董说：“事实证明，一颗超级地球就足以产生我们在实际观测中看到的多个环和多个狭窄缝隙。”

研究人员补充说，即使超级地球的轨道彼此靠近，它们至少可以暂时保持稳定。因此，这项发表在7月13日出版的《天体物理学杂志》上的新成果，可能有助于解释已知系外行星种群与行星形成理论之间看似脱节的现象：气体巨星可能不是开辟缝隙所必需的。