金屬成分測試:小型系外行星在多樣化的恆星環境中大量存在

與氣體巨星(如木星)不同,小型岩石系外行星似乎並不偏愛某一種型別的主恆星

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安克雷奇—在行星形成過程中,緩慢、穩定和小巧最終勝出。

天文學家使用NASA的開普勒太空望遠鏡發現,像地球這樣的小行星可以在各種型別的恆星周圍形成,而像木星這樣的大型氣體巨行星則傾向於在富含鐵和氧等重元素的恆星周圍形成。

研究人員於6月13日在《自然》雜誌上線上發表了他們的發現,並在本週在此舉行的美國天文學會半年會議上宣佈了結果。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)


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在系外行星科學的早期,從1995年首次發現一顆行星圍繞類太陽恆星執行開始,太陽系外已知的大部分世界都是像木星一樣的巨行星——有時甚至更大。這些龐然大物對它們的行星系統產生最大的影響,因此也最容易被探測到。研究人員注意到,孕育巨行星的恆星往往含有相對較高水平的所謂金屬(天文學家對任何比氫或氦重的元素的術語)。

這些恆星的化學指紋指向了行星凝聚而成的古老塵埃和氣體盤的構成,暗示至少對於大型行星而言,周圍存在大量金屬會促進行星的形成。哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所的主要研究作者拉斯·布克哈夫說:“如果星盤中有很多物質,那麼我們就有更高的機會找到這些熱木星行星。”

問題是,小型行星——銀河系中的地球和海王星類似物——是否遵循同樣的趨勢?隨著開普勒等現代行星探測儀器的出現,這架太空望遠鏡旨在尋找地球大小的天體,天文學家終於得以一窺行星動物園中較小的居民。

布克哈夫和他的同事對開普勒探測過的152顆恆星進行了光譜測量,該航天器預測總共存在226顆行星,其中大多數直徑小於海王星,一些小到地球。(該任務總共識別出2000多顆可能的行星,但只有幾十顆通過後續觀測得到證實。)他們發現,這些小型世界的宿主恆星種類繁多,金屬丰度範圍廣泛。平均而言,小型行星圍繞著金屬丰度與太陽大致相同的恆星執行,太陽是一顆成分相當普通的恆星,而巨型系外行星則傾向於居住在金屬更豐富的行星系統中。

加州大學伯克利分校的天文學家安德魯·霍華德指出,這不應該完全令人驚訝。畢竟,根據流行的理論模型,一顆巨行星會獲得一個固體核心,然後在該核心周圍聚集氣體和冰,膨脹到木星般的直徑。因此,核心必須在新形成的恆星的強烈輻射下氣體盤消散之前成形。霍華德說:“要形成木星,這是一場與時間的賽跑。”富含金屬的環境加速了核心的生長,有助於氣體巨星在為時過晚之前成形。另一方面,較小的岩石行星並不那麼依賴於短暫的氣體儲層;即使在原行星盤中的氣體蒸發後,它也可以更逐漸地生長。

耶魯大學天文學家黛布拉·費舍爾說:“在我看來,這明確地表明氣體巨行星的形成是一個相當受限制的過程。”她說,現在要探索的一個有趣的問題是,在行星形成完全停止之前,恆星金屬丰度可以降到多低。

這一發現可能預示著開普勒的嘗試和其他系外行星探測活動的前景良好,因為像我們這樣的小行星似乎並不挑剔它們在哪裡出現。“小型行星可能在我們星系中廣泛存在,僅僅因為它們不需要特殊的形成環境,”布克哈夫說。

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