關於冥王星是否為行星的爭論無疑使研究人員彼此對立,但這掩蓋了一個實際的科學謎團:那些無可否認的類行星行星是如何形成的。研究人員一致認為,類地行星——水星到火星——是數百萬年來不斷增大的岩石塊碰撞在一起的產物。像木星和土星這樣的氣態巨行星在我們的太陽系和圍繞其他恆星是如何產生的,這是一個更加模糊的問題。最近發現的圍繞低質量恆星執行的行星為兩種相互競爭的氣態巨行星形成理論提供了素材,這取決於你問的是誰。
氣態巨行星誕生的標準情景是岩石碰撞過程的延續,也稱為核吸積。在這種觀點中,當不斷增長的核達到大約十個地球質量時,它開始緩慢地從籠罩著年輕恆星的稀薄氣體半影中吸取物質。最終,氣體的積累迅速加速,然後以某種方式停止,可能是因為氣體耗盡了。位於加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室的天文學家傑夫·布萊登認為,該模型非常合理,因為我們知道它已經在岩石行星中發生了。
一個令人費解的細節是,考慮到核吸積模型表明可能的值為 20 到 30 個地球質量,為什麼木星似乎有一個相對較輕的核,不超過 10 個地球質量。十年前,受到這種差異以及首次發現系外行星的刺激,卡內基科學研究所的天文學家艾倫·博斯重新提出了一個替代想法。恆星周圍的旋轉物質盤幾乎不穩定,透過重力和自身溫暖的向外壓力保持平衡。如果圓盤的密度出現微小變化,就會形成漣漪並掃過質量,直到氣態圓盤凝結成螺旋臂,然後螺旋臂會凝結成氣體球。更密集的塵埃最終會在中心積聚形成核心。博斯認為,這個稱為引力不穩定的過程比核吸積更快,僅需幾十萬年或一百萬年。“當時這似乎非常瘋狂和古怪,”他回憶道。
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但他繼續積累支援它的證據。博斯指出,為了解釋木星核心的質量,研究人員不得不假設其初始核心的一部分融化了,或者最後幾塊岩石卡在了大氣層中。“這是一件令人驚奇的事情——聲稱有新的物理學,否則他們就會遇到問題,”他說。博斯和他的同事假設,如果引力不穩定性起作用,太陽紫外線 (UV) 輻射可能可以解釋受阻的核心。紫外線基本上會將恆星盤中的塵埃吹走,到達土星軌道附近,這意味著靠近太陽的氣態巨行星的塵埃作為原材料會更少。
博斯最近提出了類似的效果來解釋兩顆氣態巨行星和兩顆所謂的超級地球或大型岩石行星的發現,每顆行星都圍繞一顆小型紅矮星執行。在超級地球附近有更強大的恆星,它們發出大量的紫外線輻射,因此這兩顆行星可能是透過圓盤不穩定形成的,並且它們的氣態外殼被紫外線剝離了。沒有附近大質量恆星的行星將仍然是氣態巨行星。用核心吸積模型解釋,超級地球形成得太慢,無法開始吸入氣體,而氣態巨行星則很幸運,生長得更快一些。布萊登認為,統計資料太少,還無法判斷哪種模型更好。“如果結果能更清晰一些就好了。”
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