孤獨的行星:熱木星是孤立的

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宇宙中孤獨的行星

熱木星是系外行星中的特殊存在。這些巨大的行星以驚人的緊密軌道圍繞其母星執行,有時僅需一兩天即可完成繞行,而且如此之近,以至於它們可以擾亂恆星大氣層本身,同時也將自身置於引力潮汐和熾熱輻射的控制之下。

它們也是 1995 年首次在像太陽這樣的普通氫燃燒恆星周圍探測到的系外行星型別。這既是幾位天文學家聰明才智和毅力的偉大勝利,也是一個巨大的驚喜。在此之前,幾乎所有人都認為其他行星系統在某種程度上會像我們的一樣。較小的岩石行星會更靠近恆星執行,而氣體和冰巨行星則會在遠處執行,模仿太陽系,同時也符合我們對行星如何形成的相對簡單的理解。


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熱木星徹底打破了所有這些既有認知。它們不可能在*原地*形成,這立即表明某種機制將它們從更遠的起源地移動或遷移到了它們炎熱的環境中。關於這種情況如何發生,有許多可能性。一個質量超過地球 10 或 15 倍的巨大原行星可以在圍繞原恆星的巨大氣體和塵埃盤中形成密度波或尾跡。這些物質的螺旋模式反過來會對行星施加引力,有時透過耗散角動量將其向內驅動。一個年輕的巨行星可以透過這種方式相當迅速地鑽入靠近母星的位置。另一個很好的可能性是,原行星形成於本身不穩定的配置中。它們彼此之間的引力最終會擾亂軌道,以至於行星發生碰撞,墜入母星,被完全拋射到星際空間,或者只是被推入具有小近日點(最接近恆星的距離)的橢圓路徑,其中引力潮汐將軌道坍縮為熱木星所處的緊密、接近圓形的形狀。

然而,這些情景對這些系統中其他較小的行星意味著什麼,仍然有些不清楚。一些關於行星形成的計算機模擬表明,在約 30% 的情況下,類地行星或許可以經受住巨行星的向內遷移,但其他情景預測,要形成熱木星,系統必須犧牲其許多行星。

現在,Steffen 等人在《美國國家科學院院刊》上發表的一項新研究使用了開普勒行星探測任務的資料,來尋找已證明存在巨大熱木星的恆星周圍較小行星的訊號。在 63 個系統中,作者搜尋了其他凌星行星的訊號,或者可能透過引力牽引而擾亂熱木星的行星,即透過引力牽引來調整它們的軌道時間。

結論?軌道週期小於 3 天的熱木星沒有顯示出附近存在其他行星(小到地球質量的 2/3 到 5 倍)的顯著證據。相比之下,軌道稍大(儘管仍然很小)的“溫暖”木星和“熱海王星”(質量較低的巨行星)確實顯示出存在附近行星的統計學證據。這種熱木星明顯的孤立性(儘管我們還不確定質量更小的行星鄰居)表明了它們形成的一種非常獨特的途徑——行星與行星之間的相互作用將這些行星驅趕到橢圓軌道,然後透過潮汐侵蝕成小尺寸。在這種情景下,極少(如果有)熱木星系統會在宜居帶的任何地方擁有地球大小的行星。然而,熱海王星或熱地球的情況可能有所不同。

因此,熱木星似乎很可能在它們的無情一生中與行星姐妹孤立開來,這是它們為非常特殊型別的狂野青春付出的代價。

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