令人費解的超高密度太空物體可能是一種新型行星

一項旨在理解開普勒任務對漂流冰巨星的發現的模擬表明,它們可能是類似海王星的天體殘骸,這些天體過於靠近其母星

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根據本週在倫敦皇家學會舉行的系外行星會議上公佈的結果,太陽系外神秘的高密度天體可能是類似海王星的冰巨星的殘骸,這些冰巨星漂移得離它們的太陽太近了。

在NASA的開普勒太空任務(旨在尋找系外行星,於2009年發射)最令人困惑的發現中,有一些天體的質量相對於其體積而言過重。在少數天文學家可以估算探測器發現的遙遠行星的質量和體積的案例中,這些物體的半徑與地球相似,但密度卻比純鐵還要大。

關於行星形成的傳統理論都無法解釋這種尺寸行星中如此高的密度。“在太陽系中,沒有辦法解釋這一點,”法國南特大學的地球物理學家奧利維耶·格拉塞特說。


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化石世界
格拉塞特和他的合作者現在表示,這些奇怪的天體可能是曾經更大的行星的“化石核心”,這是一個想法,最初由研究人員在2011年提出。這些行星本應是冰巨星,形成於恆星系統的外圍部分,然後向內遷移——因為它們的軌道受到周圍氣體和塵埃相互作用的影響——或許會靠近它們的太陽,就像水星靠近我們的太陽一樣。

格拉塞特解釋說,靠近恆星的較高溫度會蒸發行星的外層,這些外層主要由揮發性成分組成,如氫、氦和水。剩下的核心將由岩石和金屬組成,就像地球的大部分一樣,其重量可能是我們地球的數倍,使它們成為科學家所稱的超級地球。

但是,這些核心是在行星外層的重壓下形成的,承受著大約500吉帕斯卡的壓力——是地球大氣壓的500萬倍——以及大約6,000開爾文的典型溫度。因此,這些核心中的物質應該比地球更緊密、更緻密。

快速變化
格拉塞特與他在南特的同事行星科學家安託萬·莫凱和NASA噴氣推進實驗室(位於加利福尼亞州帕薩迪納)的行星地質學家克里斯托夫·索廷一起,建立了一個計算機模擬來測試這個想法。

該團隊發現,如果冰巨星的外層在數十億年內被移除,這些物質會“放鬆”,膨脹回更普通的密度。但是,如果剝離發生在一段地質時間較短的時間內,突然的冷卻會將核心鎖定在其緻密狀態,基本上是永遠。“如果這個過程很短,你最終會得到一個非常壓縮的超級地球,”格拉塞特說。

倫敦大學學院的地質學家拉斯·斯蒂克斯魯德稱這個想法“令人著迷”——儘管他警告說,科學界對冰巨星核心極端溫度和壓力下物質行為的理解仍然不完整。格拉塞特承認,他的團隊的計算存在很大的不確定性,尤其是在裸露核心的鬆弛速率方面。但是,他補充說,他和他的同事做出了保守的假設。

NASA艾姆斯研究中心(位於加利福尼亞州莫菲特菲爾德)的太空科學家、開普勒任務的負責人威廉·博魯茨基表示,這個想法是合理的,但冰巨星的外層可能還有其他方式被剝離。例如,這個過程可能是與另一個行星大小的天體發生災難性碰撞的結果。或者,也許高密度核心可能表明行星是透過類似於恆星形成的奇異過程形成的。他說,無論其含義如何,開普勒的發現正在顛覆舊的假設,這令人興奮。“這就是我們做科學的原因。”

本文經雜誌自然許可轉載。這篇文章於2013年3月13日首次發表

Davide Castelvecchi is a staff reporter at Nature who has been obsessed with quantum spin for essentially his entire life. Follow him on Twitter @dcastelvecchi

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