遊牧行星可能會中途停留

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遊牧世界尋求友好的家園 (NASA/JPL-Caltech)

關於典型行星系統構成概念的認知,在過去二十年中經歷了一些重大的修正。我們自己的太陽系,曾經被視為永恆的、幾乎是機械的實體,現在已知處於混沌的邊緣。對其動力學演化的長期建模表明,像水星這樣的內行星的軌道可能會在數十億年內演變成不穩定狀態,最終引發其他行星軌道(包括地球和火星的軌道)的劇烈變化。

系外行星系統顯示出更多動力學重組的跡象,從遷移的巨行星到劇烈的動力學“冷卻”,在動力學“冷卻”中,年輕的行星可能被完全拋射到星際空間。這些流浪行星,或者說“遊牧者”確實存在,引力微透鏡巡天已經捕捉到遙遠恆星的明顯變亮,這種變亮只能由銀河系中漂浮著的小型黑暗行星天體群產生。木星大小或更大的這類天體的數量是銀河系中正常恆星數量的兩倍。僅孤獨地處在黑暗中的行星就非常多。


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恆星誕生星團,NGC 3603 (NASA/哈勃太空望遠鏡)

但它們不一定一直孤獨。一篇由Perets & Kouwenhoven撰寫的相當有趣的新論文,研究了被母星系統拋射到星際空間的行星(再次強調,作為系統形成早期階段行星與行星之間引力相互作用的一部分),後來可能被其他恆星捕獲的可能性,從而溫順地在這些系統的軌道表邊緣佔據一席之地。大多數恆星(如果不是全部)傾向於在星協或星團中形成這一事實,對此過程有所幫助。我們自己的太陽現在被普遍認為是在眾多姊妹恆星中形成的,這些姊妹恆星現在早已因其動力學的來回運動以及銀河尺度引力潮汐的影響而分散,因為所有事物都圍繞銀河系中心執行。對我們系統中放射性同位素殘留物的測量結果支援了這一假設,表明大約50億年前,我們附近曾經存在著作為超新星爆發的巨大恆星。

考慮到這種瞬態恆星聚類,Perets & Kouwenhoven 計算出,被拋射的遊牧行星被捕獲到完全不同的恆星系統外圍的大型長軌道的機率實際上相當高。如果大量行星從其原始系統中被拋射出來,那麼重新捕獲的機率可能高達 3% 到 5%,這聽起來可能不多,但如果星團有 1000 個成員,那數量就很可觀了,如果我們推斷到整個銀河系,那將意味著大量“重新利用”的行星潛伏在恆星(包括雙星和具有自身原有行星系統的恆星)的外圍。

這可以幫助解釋當前對極大型軌道(距恆星 100 個天文單位及更遠)中行星尺度天體的直接成像探測,否則在標準行星形成模型中很難解釋這些探測結果。它還做出了一個有趣的預測,即遊牧行星可以被恆星遺骸捕獲——比如白矮星,特別是黑洞,黑洞的高質量增加了行星捕獲的機率。

鑑於這些遊牧行星與其收養的恆星之間的結合相對較弱,(在我看來)它們中的一些甚至可能最終再次被拋射出去,在星際空間中漂流,然後在沿途再次與另一個系統結合——至少在早期恆星群更密集的時候是這樣。

因此,我們可能需要進一步放寬我們對恆星和行星作為孤立島嶼的概念圖景。行星形成是混亂的;年輕(和年老)的行星系統可能會受到混沌的影響,而恆星——甚至是黑洞——可能會成為終極的漏水船的船長,船上有一群不可預測且雜亂無章的被強徵入伍的船員。

 

 

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