天文学家发现比例失衡的恒、行星系统

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  想象一下你正在黑暗的鸡舍里寻找鸡蛋,但你找到的不是鸡蛋而是一颗鸵鸟蛋,这就有点像天文学家在2023年发现的一颗巨大行星。该行星的质量超过地球的13倍,绕着一颗冷、暗的红矮星运行,这颗较小的红矮星为M型星,在哈勃恒星分类法里为最末位,不仅只有太阳质量的九分之一,而且光度也比太阳小100倍,这样大小的恒星一般认知中并没有办法在物质稀缺的行星盘中孕育出巨大的行星。

  在过去的数年里,研究团队在美国宾州设计及建造了一台新仪器名为「适居带行星探测器」,用于检测这些冷暗星在人眼灵敏度之外的红外光,这是它们最常见的发光波长。「适居带行星探测器」连接到德州的10公尺口径霍比-埃伯利望远镜,可以测量行星在引力作用下对恒星速度的微小变化,这种技术称为都普勒径向速度法,非常适合检测系外行星。

  径向速度法暂时还没有能力发现太阳大小恒星周围类似地球的适居星球,但是冷暗的M型星相对于地球等级的行星会显示出更明显的径向速度变化,这也使得该类行星更容易被检测出来,这些较小恒星周围的行星正是研究团队的狩猎目标,然后,他们发现了一颗超巨大的气体行星环绕着冷暗的M型恒星LHS 3154公转,在论文中给出的数值里,LHS 3154b的半径达到了木星的0.9078倍(约为6.5万公里),而恒星LHS 3154的半径只有太阳的0.14倍(约为10万公里),从艺术家给的附图来看其实行星还画小了,恒星只有行星的1.5倍大,这还真是不可思议。

艺术家绘制的恒、行星比例图及太阳、地球对照。(by The Pennsylvania State University)
图说:艺术家绘制的恒、行星比例图及太阳、地球对照。(by The Pennsylvania State University)

  行星形成于由气体和尘埃组成的盘面中,这些盘拉拢附近的尘埃颗粒集中,最终结合形成固体的行星核心,一旦核心形成,行星可以透过引力吸引更多的固体尘埃及周围的气体,如氢和氦,这种形成行星的方式被称为核吸积法。像LHS 3154这样低质量的恒星应该没有足够的材料来形成这么大的核心,根据过往的资料分析,要形成这麽大质量的行星至少盘面的物质要多出10倍以上,即使透过另一种行星形成理论,「重力不稳定性」,即「盘中的气体和尘埃直接坍缩形成行星」,也难以解释这样一颗行星的形成。

  冷暗的M型星是我们银河系中最常见的恒星,天文学家透过适居带行星探测器及其它仪器的观测经验中,即使在最大的M型星周围距离较近的轨道上,要找到类似太阳系中那样的行星,其比例也要少上10倍,而我们对于那些更小的M型恒星周围,从来没有发现如此巨大的行星,除了LHS 3154b。了解这些冷暗邻居的行星,将有助于我们理解行星形成的一般过程,这一研究领域的最终目标是让天文学家了解M型恒星是否能够支持生命的发展,本篇研究发表于《科学》期刊。(编译/台北天文馆技佐许晋翊)

资料来源:EXOKYOTOConversation

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