本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,僅反映作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
對於系外行星科學來說,這幾天是激動人心的。 一系列關於其他世界丰度的精細統計測量比以往任何時候都更清楚地表明,我們的星系中擠滿了行星。
六分之一的恆星應該擁有至少一個地球大小的天體,其軌道小於水星的軌道,這意味著銀河系中總共有數百億顆這種大小的行星。
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但對我來說,最令人興奮的公告之一來自對福瑪豪特星系的新觀測,它離我們“僅僅”25光年。 福瑪豪特星是一顆質量比太陽大百分之九十的恆星,並且剛剛進入其作為氫燃燒“主序星”的數億年時間。
早在 2008 年,哈勃太空望遠鏡的影像就證實,福瑪豪特星不僅被一個由塵埃物質組成的非凡環狀結構所包圍——以超過地球到太陽距離 120 倍的距離環繞著這個星系——而且還揭示了一個可能與木星大小相當的天體正在這個環狀結構的明顯內邊緣軌道上執行。
這是一個相當大的宣告。 這使得這顆行星福瑪豪特b星成為直接成像(而不是像大多數系外行星那樣間接探測到)的少數世界之一。 這也提出了一個巨大的問題——這樣一顆行星怎麼可能在如此巨大的軌道上,比海王星在我們太陽系中離它的恆星還要遠 4 或 5 倍以上?
對於自然界來說,在這些距離上就地建造一顆行星,這違背了我們許多關於行星形成的理論。 軌道形狀的估計加劇了這個問題,這些估計表明它的軌道相對呈圓形——表明這顆行星並非由於早期與其他行星的動態碰撞而被甩到這個位置。
這確實令人費解。 我的同事克里斯汀·梅努和我最近準備了一篇論文,我們在其中估計了天文學家可能會發現如此大的世界在其恆星的遙遠軌道上的速率。 我們模擬的它們位置的機制是早期圍繞這樣一顆恆星的原始行星之間發生的強烈引力相互作用。 如果行星有效地形成(它們似乎確實如此),它們可以開始時就擠在靠近其母恆星的軌道空間中。 但這可能會導致劇烈的引力不穩定性,這些系統在動力學上是“熱”的。 為了冷卻下來,它們會碰撞、噴射並將行星甩到更大的軌道上。
不過,這裡有一個障礙。 我們的模擬,以及另一個研究這個問題的團隊由德米特里·維拉斯領導的模擬表明,這種混亂的殘餘物——大軌道上的行星——也應該具有高度非圓形、強橢圓軌道。 福瑪豪特b星似乎不符合這種模式。
快進到本週。最新的哈勃影像福瑪豪特b星的影像,加上時間的推移以及改進福瑪豪特b星軌道路徑測量的機會,現在表明它的軌道實際上是橢圓形的。 據估計,這顆巨大的世界在最接近其母恆星時距離“僅”為 46 億英里。 在最遠的地方,它達到了約 270 億英里。 執行這些數字表明軌道橢圓度或偏心率約為 0.7——與圓形路徑偏差 70%。
我們的模擬告訴我們,這種軌道幾乎正是您在 5-10% 的發生過強烈動力冷卻的系統中期望看到的(是的,我正在自我表揚,同時也祝賀我的同事們)。
新的觀測結果還揭示了可能存在另一顆行星的跡象,這顆行星可能正在“切開”這個外部塵埃環狀物質——它可能是幫助將福瑪豪特b星推到這個軌道的候選天體。 至於福瑪豪特b星本身,它的質量是未知的,它可能介於微小的冥王星和木星之間。 它也可能被自己的圓盤或環所環繞,從而增強其明顯的亮度。
時間會告訴我們這個系統中真正發生了什麼,但它正在成為許多想法的絕佳試驗場。


