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天文知識,大的恒星是如何掠奪行星的?

2024-02-05科學

圖:船底星雲中的恒星誕生區——NGC3324區域或許存在行星掠奪現象。

文章來源自【對話】欄目,經授權釋出於「Space「網站的【專家之聲】欄目。

里察.帕克在錫菲大學天文學院演講稿

我們的太陽在銀河系中並不孤獨。在她四光年之外便有一顆距離最近的恒星,並且她還有自己的行星陪伴。但是,情況並不總是這樣。我們經常忽視了對年輕恒星的觀測。這些年輕恒星位於恒星「培育室「中,與其他」兄弟姐妹「們相互依偎。

這些恒星培育室非常擁擠,一塊像太陽系般大小的空間中便聚集了成百上千個恒星。這些恒星透過頻繁快速的能量交換進行劇烈互動。幾百萬年後,這些恒星群消失了,越來越多的恒星誕生於銀河系中。

皇家天文學會月報刊發的最新研究成果展示了恒星培育室中的大型恒星掠奪行星的方式及訊號。

當年輕恒星誕生後不久,圍繞其執行的行星系統便會形成。30年來,我們已經擁有了關於這一現象的間接證據,那就是年輕恒星的光線發射出出人意料的紅外輻射,而這一輻射一般來源於圍繞恒星執行的小型塵埃物質(約100厘米)。這些塵埃物質則最終形成了行星。

2014年年末,智利沙漠中的阿塔卡馬毫米級大口徑天文望遠鏡首次拍攝到行星誕生區域的圖片,顛覆了研究恒星與行星誕生的領域。阿塔卡馬望遠鏡拍攝到的首張圖片及其隨後的圖片都非常壯觀,許多形成行星的圓盤狀結構已經完全成型,就像木星那樣。

圖:阿塔卡馬拍攝下的行星形態的高畫質影像

恒星誕生後便會快速形成行星,盡管在此階段,恒星仍然與其他同類恒星相互碰撞互動。由於行星形成的非常快,因此,它們非常容易受到周圍擁擠的環境影響。它們會透過多種方式改變它們的執行軌跡。

流浪行星

有時,行星與其主恒星的距離變化會很大,從而經常會改變它們的執行軌域形狀——常常會變得沒有那麽圓(或者說更加怪異)。偶爾,會有行星掙脫其主恒星重力的束縛,成為恒星誕生區的流浪行星,不受任何恒星重力影響。

一小部份行星會被其他恒星捕捉,從而成為其他恒星的行星,不再繞著它誕生時的恒星執行。還有一些行星則會省略掉流浪行星的階段,直接被其他恒星掠奪,從而改變其原先的執行軌域。

在研究大行星掠奪過程中,我們發現,誕生於最擁擠的恒星誕生區域的行星非常容易被其他質素遠大於太陽的恒星掠奪或捕獲。恒星的質素變化振幅很大,我們的太陽有一些與眾不同,那就是,太陽的質素差不多是宇宙中大型恒星平均質素的兩倍。不過,仍有一些恒星質素更大,而那些OB型的恒星則是銀河系或其他星系中的主要光源。

野獸

這些大型恒星盡管非常亮,但是恒星壽命遠比太陽短,有些恒星甚至只能存活幾百萬年(不是幾十億年)。因此,我們無法探測到其行星。

然而在2021年,斯德哥爾摩大學的研究人員領銜的「野獸「型地外恒星研究專案發現了兩顆顆特殊的行星。其中一顆顆行星繞一個質素約為太陽十倍的恒星執行,其執行距離大約是地球-太陽距離的550倍,另一顆行星則是繞著一個質素是太陽質素9倍的恒星執行,其執行距離大約是地球-太陽距離的290倍。

「野獸「恒星研究聯合團隊發現,這些行星在銀河系中的Sco Cen 恒星形成區內繞恒星執行。科學家近期正對銀河系中的這一區域重點挖掘。關於這些大型行星,科學家認為,它們就像太陽系中的大型氣態行星,但是它們的質素更大,並且規模遠超太陽系中的大行星,因為僅僅其中一個行星的規模就抵得上我們整個的行星系統。

然而,大型恒星會釋放大量紫外線輻射,這些輻射會將像木星或土星這樣的氣態行星形成的必要氣體蒸發掉,因此,這些大型行星會有怎樣的命運呢?

透過前期的研究工作,我們已經了解到,在擁擠的恒星誕生區,行星會被其它恒星掠奪或捕獲,因此,我們進一步研究了大型恒星捕獲這些行星的內在動力。

我們的最新解釋是,這些大型行星會由於行星掠奪而脫離它們原來的執行軌域,也就是說,它們雖然在某一恒星誕生後形成,作為其行星,但是它們也會很容易被其他恒星捕獲。這些行星系統的執行距離往往是非常廣闊且奇怪的,太陽-地球之間的執行距離僅僅是其最小距離,它們的執行軌域的形狀並不像太陽系中的行星軌域那樣的圓形狀。

或許,我們的行星系統中也有捕獲到的行星,例如難以捉摸的第九行星,但是,像木星和其他大型行星已確證是由在太陽系中形成的。

我們的電腦模擬預測了這些系統的出現頻率及行星軌域特征,如單一恒星或雙恒星誕生區域。未來研究也將揭示更多關於這些行星的資訊,但是現在,我們還未產生其他令人振奮的地外科學發現。

BY: Richard Parker

FY: 秋

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