孤独的行星:热木星是孤立的

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宇宙中孤独的行星

热木星是系外行星中的特殊存在。这些巨大的行星以惊人的紧密轨道围绕其母星运行,有时仅需一两天即可完成绕行,而且如此之近,以至于它们可以扰乱恒星大气层本身,同时也将自身置于引力潮汐和炽热辐射的控制之下。

它们也是 1995 年首次在像太阳这样的普通氢燃烧恒星周围探测到的系外行星类型。这既是几位天文学家聪明才智和毅力的伟大胜利,也是一个巨大的惊喜。在此之前,几乎所有人都认为其他行星系统在某种程度上会像我们的一样。较小的岩石行星会更靠近恒星运行,而气体和冰巨行星则会在远处运行,模仿太阳系,同时也符合我们对行星如何形成的相对简单的理解。


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热木星彻底打破了所有这些既有认知。它们不可能在*原地*形成,这立即表明某种机制将它们从更远的起源地移动或迁移到了它们炎热的环境中。关于这种情况如何发生,有许多可能性。一个质量超过地球 10 或 15 倍的巨大原行星可以在围绕原恒星的巨大气体和尘埃盘中形成密度波或尾迹。这些物质的螺旋模式反过来会对行星施加引力,有时通过耗散角动量将其向内驱动。一个年轻的巨行星可以通过这种方式相当迅速地钻入靠近母星的位置。另一个很好的可能性是,原行星形成于本身不稳定的配置中。它们彼此之间的引力最终会扰乱轨道,以至于行星发生碰撞,坠入母星,被完全抛射到星际空间,或者只是被推入具有小近日点(最接近恒星的距离)的椭圆路径,其中引力潮汐将轨道坍缩为热木星所处的紧密、接近圆形的形状。

然而,这些情景对这些系统中其他较小的行星意味着什么,仍然有些不清楚。一些关于行星形成的计算机模拟表明,在约 30% 的情况下,类地行星或许可以经受住巨行星的向内迁移,但其他情景预测,要形成热木星,系统必须牺牲其许多行星。

现在,Steffen 等人在《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究使用了开普勒行星探测任务的数据,来寻找已证明存在巨大热木星的恒星周围较小行星的信号。在 63 个系统中,作者搜索了其他凌星行星的信号,或者可能通过引力牵引而扰乱热木星的行星,即通过引力牵引来调整它们的轨道时间。

结论?轨道周期小于 3 天的热木星没有显示出附近存在其他行星(小到地球质量的 2/3 到 5 倍)的显著证据。相比之下,轨道稍大(尽管仍然很小)的“温暖”木星和“热海王星”(质量较低的巨行星)确实显示出存在附近行星的统计学证据。这种热木星明显的孤立性(尽管我们还不确定质量更小的行星邻居)表明了它们形成的一种非常独特的途径——行星与行星之间的相互作用将这些行星驱赶到椭圆轨道,然后通过潮汐侵蚀成小尺寸。在这种情景下,极少(如果有)热木星系统会在宜居带的任何地方拥有地球大小的行星。然而,热海王星或热地球的情况可能有所不同。

因此,热木星似乎很可能在它们的无情一生中与行星姐妹孤立开来,这是它们为非常特殊类型的狂野青春付出的代价。

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