游牧行星可能会中途停留

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


游牧世界寻求友好的家园 (NASA/JPL-Caltech)

关于典型行星系统构成概念的认知,在过去二十年中经历了一些重大的修正。我们自己的太阳系,曾经被视为永恒的、几乎是机械的实体,现在已知处于混沌的边缘。对其动力学演化的长期建模表明,像水星这样的内行星的轨道可能会在数十亿年内演变成不稳定状态,最终引发其他行星轨道(包括地球和火星的轨道)的剧烈变化。

系外行星系统显示出更多动力学重组的迹象,从迁移的巨行星到剧烈的动力学“冷却”,在动力学“冷却”中,年轻的行星可能被完全抛射到星际空间。这些流浪行星,或者说“游牧者”确实存在,引力微透镜巡天已经捕捉到遥远恒星的明显变亮,这种变亮只能由银河系中漂浮着的小型黑暗行星天体群产生。木星大小或更大的这类天体的数量是银河系中正常恒星数量的两倍。仅孤独地处在黑暗中的行星就非常多。


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恒星诞生星团,NGC 3603 (NASA/哈勃太空望远镜)

但它们不一定一直孤独。一篇由Perets & Kouwenhoven撰写的相当有趣的新论文,研究了被母星系统抛射到星际空间的行星(再次强调,作为系统形成早期阶段行星与行星之间引力相互作用的一部分),后来可能被其他恒星捕获的可能性,从而温顺地在这些系统的轨道表边缘占据一席之地。大多数恒星(如果不是全部)倾向于在星协或星团中形成这一事实,对此过程有所帮助。我们自己的太阳现在被普遍认为是在众多姊妹恒星中形成的,这些姊妹恒星现在早已因其动力学的来回运动以及银河尺度引力潮汐的影响而分散,因为所有事物都围绕银河系中心运行。对我们系统中放射性同位素残留物的测量结果支持了这一假设,表明大约50亿年前,我们附近曾经存在着作为超新星爆发的巨大恒星。

考虑到这种瞬态恒星聚类,Perets & Kouwenhoven 计算出,被抛射的游牧行星被捕获到完全不同的恒星系统外围的大型长轨道的几率实际上相当高。如果大量行星从其原始系统中被抛射出来,那么重新捕获的概率可能高达 3% 到 5%,这听起来可能不多,但如果星团有 1000 个成员,那数量就很可观了,如果我们推断到整个银河系,那将意味着大量“重新利用”的行星潜伏在恒星(包括双星和具有自身原有行星系统的恒星)的外围。

这可以帮助解释当前对极大型轨道(距恒星 100 个天文单位及更远)中行星尺度天体的直接成像探测,否则在标准行星形成模型中很难解释这些探测结果。它还做出了一个有趣的预测,即游牧行星可以被恒星遗骸捕获——比如白矮星,特别是黑洞,黑洞的高质量增加了行星捕获的几率。

鉴于这些游牧行星与其收养的恒星之间的结合相对较弱,(在我看来)它们中的一些甚至可能最终再次被抛射出去,在星际空间中漂流,然后在沿途再次与另一个系统结合——至少在早期恒星群更密集的时候是这样。

因此,我们可能需要进一步放宽我们对恒星和行星作为孤立岛屿的概念图景。行星形成是混乱的;年轻(和年老)的行星系统可能会受到混沌的影响,而恒星——甚至是黑洞——可能会成为终极的漏水船的船长,船上有一群不可预测且杂乱无章的被强征入伍的船员。

 

 

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