本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
对于系外行星科学来说,这几天是激动人心的。 一系列关于其他世界丰度的精细统计测量比以往任何时候都更清楚地表明,我们的星系中挤满了行星。
六分之一的恒星应该拥有至少一个地球大小的天体,其轨道小于水星的轨道,这意味着银河系中总共有数百亿颗这种大小的行星。
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但对我来说,最令人兴奋的公告之一来自对福玛豪特星系的新观测,它离我们“仅仅”25光年。 福玛豪特星是一颗质量比太阳大百分之九十的恒星,并且刚刚进入其作为氢燃烧“主序星”的数亿年时间。
早在 2008 年,哈勃太空望远镜的影像就证实,福玛豪特星不仅被一个由尘埃物质组成的非凡环状结构所包围——以超过地球到太阳距离 120 倍的距离环绕着这个星系——而且还揭示了一个可能与木星大小相当的天体正在这个环状结构的明显内边缘轨道上运行。
这是一个相当大的声明。 这使得这颗行星福玛豪特b星成为直接成像(而不是像大多数系外行星那样间接探测到)的少数世界之一。 这也提出了一个巨大的问题——这样一颗行星怎么可能在如此巨大的轨道上,比海王星在我们太阳系中离它的恒星还要远 4 或 5 倍以上?
对于自然界来说,在这些距离上就地建造一颗行星,这违背了我们许多关于行星形成的理论。 轨道形状的估计加剧了这个问题,这些估计表明它的轨道相对呈圆形——表明这颗行星并非由于早期与其他行星的动态碰撞而被甩到这个位置。
这确实令人费解。 我的同事克里斯汀·梅努和我最近准备了一篇论文,我们在其中估计了天文学家可能会发现如此大的世界在其恒星的遥远轨道上的速率。 我们模拟的它们位置的机制是早期围绕这样一颗恒星的原始行星之间发生的强烈引力相互作用。 如果行星有效地形成(它们似乎确实如此),它们可以开始时就挤在靠近其母恒星的轨道空间中。 但这可能会导致剧烈的引力不稳定性,这些系统在动力学上是“热”的。 为了冷却下来,它们会碰撞、喷射并将行星甩到更大的轨道上。
不过,这里有一个障碍。 我们的模拟,以及另一个研究这个问题的团队由德米特里·维拉斯领导的模拟表明,这种混乱的残余物——大轨道上的行星——也应该具有高度非圆形、强椭圆轨道。 福玛豪特b星似乎不符合这种模式。
快进到本周。最新的哈勃影像福玛豪特b星的图像,加上时间的推移以及改进福玛豪特b星轨道路径测量的机会,现在表明它的轨道实际上是椭圆形的。 据估计,这颗巨大的世界在最接近其母恒星时距离“仅”为 46 亿英里。 在最远的地方,它达到了约 270 亿英里。 运行这些数字表明轨道椭圆度或偏心率约为 0.7——与圆形路径偏差 70%。
我们的模拟告诉我们,这种轨道几乎正是您在 5-10% 的发生过强烈动力冷却的系统中期望看到的(是的,我正在自我表扬,同时也祝贺我的同事们)。
新的观测结果还揭示了可能存在另一颗行星的迹象,这颗行星可能正在“切开”这个外部尘埃环状物质——它可能是帮助将福玛豪特b星推到这个轨道的候选天体。 至于福玛豪特b星本身,它的质量是未知的,它可能介于微小的冥王星和木星之间。 它也可能被自己的圆盘或环所环绕,从而增强其明显的亮度。
时间会告诉我们这个系统中真正发生了什么,但它正在成为许多想法的绝佳试验场。