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冥王星,請讓開。這個飽受爭議的世界在過去幾年裡一直是關於如何定義行星的辯論中心。現在,又有一批新的天文物體出現,使問題更加複雜。
冥王星問題於 2006 年正式解決,當時國際天文聯合會(IAU)將冥王星及其微小的同類降級為矮行星。(然而,對話並沒有停止;最近出版的許多關於冥王星的書籍中,包括《為冥王星辯護》和《我如何殺死冥王星以及它為什麼活該》。)
在太陽系之外,這個問題不太明確——如何區分恆星和棕矮星?棕矮星是一種未能形成恆星的“失敗恆星”,其質量不足以在核聚變反應中燃燒氫。如何區分棕矮星和行星?現在,最令人困惑的是,如何稱呼一個似乎太小而不能被認為是行星,但卻在星際空間中自由漂浮而不是圍繞恆星執行的天體?一項新的研究得出結論,這種天體在銀河系中數量眾多,甚至可能比普通恆星更多。
兩個天文合作組織在 5 月 19 日的《自然》雜誌上報告說,他們已經發現了 10 個天體,每個天體的質量都與木星相當,沒有可探測到的宿主恆星。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)透過外推,來自天體物理學中的微引力透鏡觀測(MOA)合作組織和光學引力透鏡實驗(OGLE)合作組織的研究作者計算出,銀河系中這種天體的數量應該是恆星的兩倍。一些新發現的天體可能只是在距離其宿主恆星很遠的地方繞著恆星執行,以至於其宿主恆星不明顯,但研究人員估計,其中大多數確實是自由漂浮的。
“這是一個非常了不起的主張,”歐洲航天局的天文學家馬克·麥克考根說。毫無疑問,它將受到仔細審查。但如果解釋證明是正確的,那麼未來的 NASA 任務可能會發現大量此類自由漂浮的物體。該研究的合著者、日本大阪大學的須彌隆弘(Takahiro Sumi),MOA 小組的成員,說一個名為 寬視場紅外巡天望遠鏡(WFIRST)的計劃中的空間天文臺應該能夠發現 1000 個此類物體。
其他研究人員對這項研究表示謹慎的興奮。“這是一個非常令人興奮的發現,但仍需要其他團隊、其他技術、更多統計資料等來證實,”德國海德堡大學的約阿希姆·萬布斯甘斯說,他在《自然》雜誌上發表了一篇評論,對這項研究進行了補充。“這些類行星天體確實漂浮在星系中,而不是簡單地鬆散地束縛在恆星上,這是合理的,”萬布斯甘斯說。“我不會說它已經得到證實。我不會為此賭上我的房子,讓我這樣說,但這很有說服力。”
宏觀物體的微透鏡
MOA 和 OGLE 在夜空中尋找 所謂的微透鏡事件。當一個偶然的對準將一個否則看不見的天體置於地球和一顆遙遠的背景恆星之間時,就會發生微透鏡效應。天體的質量會彎曲來自背景恆星的光線,像放大鏡一樣將光線聚焦到地球,使背景恆星看起來暫時更亮。這些事件很少發生,因此微透鏡搜尋會長時間監測大量恆星;這項新發現來自 MOA 在 2006 年和 2007 年對 5000 萬顆恆星的調查。
微透鏡事件的持續時間表明充當透鏡的天體的質量。MOA 小組發現了 10 個持續時間不到兩天的微透鏡事件,這表明透鏡的質量最多是木星質量的幾倍。獨立的 OGLE 小組也大致證實了這一發現。但是,沒有一個天體伴隨著更強的透鏡訊號,表明附近有質量更大的宿主恆星。因此,這些天體要麼獨自在星系中漂流,要麼在很遠的地方圍繞恆星執行。但是,這些天體的數量似乎遠遠超過了遠軌道行星可以解釋的數量,也遠遠超過了非常輕的恆星或棕矮星可以解釋的數量。
研究人員推測,這些新發現的天體可能是在相對普通的行星系統中形成的,然後與兄弟行星進行引力拔河比賽失敗,並被從其誕生地丟擲。“這意味著恆星形成必須產生許多被從恆星中丟擲的行星,”德國波恩大學的帕維爾·克魯帕說。克魯帕說,這些噴射甚至可能是由附近的恆星擾亂行星系統引起的。“顯然,任何恆星形成理論都需要解釋這一類自由漂浮的行星質量天體,”他補充道。
行星還是矮星?
之前也發現過行星質量範圍內的自由漂浮天體,但它們位於星系的恆星形成區域,並且比新發現的天體稍微重一些。這導致一些天文學家認為它們更像輕型棕矮星而不是行星——也就是說,它們可能是自己形成的,而不是在更大的母體周圍的軌道上形成的。但是,新發現的天體似乎牢固地處於行星質量範圍內,並且似乎遍佈星系,而不是侷限於恆星和諸如棕矮星之類的失敗恆星正在誕生的區域。
至於如何稱呼這些新發現的天體,萬布斯甘斯贊成簡潔。“我認為最直觀的名稱是‘自由漂浮行星’,但如果我們決定採用這個名稱,那麼我們就必須放棄我們對行星的定義之一,”他說。“自由漂浮行星是一個矛盾,因為行星的定義是束縛在一個圍繞恆星的軌道上。”
這種矛盾無疑會引發爭議——麥克考根稱新研究中出現一次的“自由漂浮行星”一詞“像一頭公牛看到一塊紅布”。麥克考根說,即使是更保守的“自由漂浮的行星質量天體”也可能具有誤導性。“對我來說,這仍然有點相當於把吉娃娃犬稱為‘貓質量物體’,”他說。
須彌預測,他和同事們的新發現將在國際天文聯合會引發討論,就像 2006 年導致冥王星降級的辯論一樣。“我認為人們還沒有認真考慮過這個問題,因為到目前為止,這些物體的證據很少,”他說。那麼,須彌的看法是什麼?如果一個天體的形成方式與其他任何行星一樣,他和他的同事懷疑他們新發現的天體就是這種情況,那麼他說“自然應該稱它為行星”。