自從瑞士天文學家發現一顆氣體巨行星圍繞其恆星近距離執行，震驚世界以來，研究人員一直在思考這些所謂的“熱木星”是如何產生的。我們的太陽系中不存在熱木星，行星巨頭——木星、土星、天王星和海王星——都位於小行星帶之外的嚴寒地帶。現在，一項令人驚訝的發現正在提供新的見解，表明一顆恆星的鐵含量越高，其熱木星就越有可能經歷過暴力的過去。
“熱木星有點像一面紅旗，表明我們曾經擁有的關於行星系統如何形成和演化的簡單圖景是不夠充分的，”哈佛大學天文學研究生麗貝卡·道森說。在那幅圖景中，行星從恆星周圍的氣體和塵埃盤中產生，並停留在離太陽與其起源地一樣遠的地方。
但熱木星並非如此。正如南極洲的熱帶植物化石暗示大陸漂移一樣，熱木星揭示了行星可以向其恆星移動。氣體巨星形成於遠離恆星的地方，在那裡，原行星盤非常寒冷，以至於冰凝結並聚整合大約是地球質量 10 倍的冰-岩石-鐵核。在我們的太陽系中，其中兩個核的引力吸引了大量的氫和氦，以至於它們膨脹成氣體巨星木星和土星，它們的質量分別是地球的 318 倍和 95 倍。另外兩個核 未能吸積太多氣體，仍然較小；它們變成了天王星和海王星，太陽的“冰巨星”，質量分別為地球的 14.5 倍和 17.2 倍。
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因此，熱木星的生命始於遠離其恆星的地方，並且必須向內移動，直到它變得比我們太陽系中任何世界都<0xC2><0xA0>更熱。&0xC2><0xA0>但行星究竟是如何向內移動的呢？&0xC2><0xA0>天文學家曾經傾向於一種溫和的過程，即原行星盤緩慢地將行星拖向太陽，使其在恆星赤道面的圓形軌道上執行。然而，在 2008 年，天文學家開始發現軌道傾斜的熱木星，這反而表明過去存在暴力：其他氣體巨星的引力將這些木星踢向了內部。
現在，道森發現了一顆恆星的鐵丰度與行星軌道形狀之間的驚人關聯，揭示了它們的起源。由於熱木星靠近其恆星，恆星潮汐會拖拽行星並使其軌道呈圓形。因此，她轉而關注稍遠一些的氣體巨星，在這些地方，恆星潮汐太弱而無法顯著改變軌道形狀，她發現鐵含量高於太陽的恆星往往擁有軌道路徑更橢圓的氣體巨星。
在即將發表在 4 月 20 日出版的《天體物理學雜誌快報》上的論文中，道森和她的導師露絲·默裡-克萊解釋了這一發現。如果一顆恆星及其原行星盤誕生時就富含鐵和其他重元素，那麼星核就會快速生長，因為它們主要由這些元素組成；因此，星核會吸引氫和氦，併產生更多的氣體巨星。大量的氣體巨星增加了其中一顆行星的引力將另一顆行星拋向太陽的可能性，在那裡它變成一顆熱木星。相比之下，鐵含量較低的恆星最多可能只擁有一顆氣體巨星，它只能透過在星盤中緩慢移動來向內移動。
“結果非常引人注目，”芝加哥大學的天文學家丹尼爾·法布里基說。他認為資訊很明確：製造熱木星的方法不止一種。
在道森線上釋出她的工作後，香港的天文學家斯圖爾特·泰勒發郵件告訴她，他發現了相同的關聯，並且去年夏天在北京的一次會議上展示了它。但泰勒認為，恆星的高鐵含量可能是一種結果，而不是原因，因為橢圓軌道上的巨行星會將其他行星踢入它們的恆星，從而提高其鐵含量。“我認為我們的解釋 वास्तव में 是互補的，”泰勒說，因為這兩個過程都可能在運作：富含鐵的恆星擁有更多的氣體巨星，導致更多的行星撞向它們的太陽。
無論如何，“我們”的木星留在原地是一件好事。“無論氣體巨星如何移動，對於擋路的任何小型地球大小的行星來說，這可能都是壞訊息，”道森說。“它們很可能會被散射到太陽中。”
事實上，如果太陽誕生時鐵含量更高，天王星和海王星可能會成長為氣體巨星——並將木星或土星彈射到我們太陽系的角落。