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系外行星的发现模糊了大行星和小恒星之间的界线

发现另一个系外行星已不再是新闻。自从1995年发现第一颗恒星以来,现在已经发现了围绕其他恒星的4000多个行星。天文学家早就怀疑或至少希望,恒星系统中的行星无处不在,而且在我们的恒星中,行星可能比恒星更多星系。

但是值得注意的是,发现了一颗围绕小恒星GJ3512运转的大行星的新发现。该论文发表在《科学》杂志上,挑战了我们对行星形成方式的理解,并进一步模糊了被称为褐矮星的小型凉爽恒星与行星之间的界线。

这颗恒星本身是一颗红矮星,距离我们约有30光年,其光度不到太阳的0.2%。它的质量约为太阳的12%,半径为14%。如此凉爽,暗淡的恒星实际​​上是银河系中最常见的恒星,但只有已知十分之一的系外行星绕着红矮星运转。

这可能是选择效果。红矮星太暗了,以至于很难用“多普勒频移法”检测到它们的行星。这依赖于检测到不可见的行星绕着轨道运行时,星光的波长是如何周期性地(微小地)移动(变为蓝色或红色)微小量的。取而代之的是,通过转运方法发现了其他几颗绕着红矮星运行的行星-观察一颗恒星的光在行星经过其前方时是如何变暗的。

使这一新发现脱颖而出的原因是,被称为GJ3512b的行星是一个在204天椭圆轨道上的巨大气体。该行星的质量至少是木星质量的一半,其直径很可能约为其绕行恒星质量的70%。因此,它是已知的最大的行星之一,它在如此宽的轨道上绕着这么小的恒星旋转,这给理解它的形成带来了问题。

关于气巨行星如何形成的最普遍接受的解释是,岩石小冰芯是由较小的物体在圆盘的外部区域堆积而形成的。一直持续到这些核心积累了大约十个地球质量为止。在这一点上,在行星迁移到圆盘的内边缘或圆盘分散之前,他们能够收集氢气和氦气包层。

相信这就是在大多数系外行星系统中形成气体巨型行星的方式,其中包括在恒星周围的近轨道上发现的所谓“热木星”。但是很难看到行星是如何在低质量恒星周围以这种方式形成的-盘片还不够大。

在GJ3512b的情况下,可能还有另一种情况发生-可能还有许多其他行星系统。在这里,看来行星可能是由原行星盘的直接分裂形成的。这意味着圆盘的一部分塌陷并凝结(从气体变成液体,然后变成固体)变成一个大的主体,而无需因较小的岩石堆积而形成。这类似于恒星本身正常形成的方式。

这项新研究背后的团队报告了这一形成路径的进一步证据,其暗示是系统中有第二个巨型系外行星(暂定为GJ3512c),其轨道周期超过1400天。这也可能解释了GJ3512b异常偏心的轨道,这可能是由于行星形成后不久两个行星之间的相互作用而引起的。这个过程本可以从系统中弹出第三颗行星。如果三个大行星曾经围绕这样的小恒星存在,那么它们形成的唯一方法就是直接分解圆盘。

安装了CARMENES光谱仪的Calar Alto天文台的3.5米望远镜。信用:Pedro Amado / Marco Azzaro-IAA / CSIC

星与行星

这个系统的发现也对关于什么构成棕色矮星和什么构成行星的辩论产生了影响。棕矮星是未能在其核心中引发核聚变的恒星,因此其质量低于太阳质量的8%或约85个木星质量。

已知质量最低的棕矮星的质量小至木星的12倍,而质量最高的行星的质量则高达木星的30倍。那么,如果最大的行星比最小的恒星重,那么星与行星又有什么区别呢?

一个答案是说恒星像恒星一样形成,行星像行星一样形成,因此质量在某种程度上是无关紧要的。问题在于,通常我们无法分辨单个行星或褐矮星是如何形成的。对于GJ3512b,可能的形成方法更像是恒星而不是行星。

因此,这幅图景比以前更加混乱,只有未来的发现才能解决。不断增加的行星系统普查最终将显示出最常见的形成机制。

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