发布单位:台北市立天文科学教育馆

  尽管很悲惨,行星被其母恒星吞噬是整个宇宙的普遍情况。但它不必然以厄运告终。一组天体物理学家团队利用电脑模拟发现,行星不仅可以在被恒星吞噬时存活下来,而且还可以推动恒星的演化。

  行星系统形成的模型表明:许多行星通常最终会被其母恒星吞噬。这只是轨道动力学的问题。新形成的行星与围绕年轻恒星的原行星盘之间的随机交互作用会使行星进入混乱的轨道,其中一些轨迹最终将行星完全赶出行星系统,而其他轨迹则将它们送往母恒星。另一个吞噬的机会发生在恒星生命即将结束时,当恒星变成红巨星时,这也会影响系统的引力动力学,并可能将行星送入其母恒星的大气层。

  但令人惊讶的是,当这种情况发生时,行星并不总是死亡。天文学家在整个银河系中发现了许多奇怪的系统,行星进入恒星后幸存下来。例如,有一些白矮星系统被一颗巨大的行星紧密围绕,由于距离太近,以至于该行星无法自然形成。有些恒星的大气层中含有数量惊人的重元素,这是岩石天体坠入其中的迹象。还有一些恒星自转速度太快,它们的自转速度被坠落的行星加速。

  所有这些系统都可能是恒星吞噬行星,影响恒星进一步演化的结果。但是,行星真的能在恒星的大气层中生存吗?一组天体物理学家团队使用恒星内部的电脑模拟来解决这个问题,追踪可能落入恒星的各种行星的演化和命运。在他们的电脑模拟中,他们研究了各种质量的行星和褐矮星,他们的模拟支持了行星可以在吞噬中幸存下来。

  例如,在某些情况下,行星可以在恒星大气层内公转并存活数千年。这种运动可以甩掉恒星的物质,使大气层的外缘变薄。在其他情况下,轨道能量的交换会提高恒星大气层的温度,使其看起来比正常情况下更亮。

  但为了在吞噬后幸存下来,行星本身必须相对较大,至少要木星的质量,像地球这样的行星是无法生存下来的。如果行星足够大,行星可以加速恒星的演化,从而使恒星迅速结束生命,将行星从致命的拥抱中解放出来。(编译/台北天文馆施欣岚)

资料来源:Universe Today

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  通常行星形成的时间会与其母恒星相当,但比利时天主教鲁汶大学(KU Leuven)主导的研究团队发现,某些类型的恒星即使濒临死亡,仍有可能形成行星,若此得到证实,行星形成的理论将会有所调整。

  我们的太阳诞生于46亿年前,在接下来的一百万年里,周围的物质聚集成原行星。行星从原行星盘中诞生,原行星盘就像是一个由尘埃和气体组成的巨大煎饼,而太阳位于中间,这也就是为什么它们都在同一个平面上运行。但当太阳走到生命的终点时,会膨胀形成红巨星,抛出大量物质,并吞噬在地球以内的内行星,最终形成白矮星,在这种情况下,白矮星的周围不会形成新的行星。但像太阳一样的单星反而是少数,大多数的恒星以双星或多星系统存在。在双星的情况下,虽然年龄相同,但质量不同,因此会有不同的寿命,我们已知当其中一颗变成红巨星时,第二颗恒星的引力会导致垂死恒星喷出的物质形成一个扁平的旋转圆盘,而这个圆盘与天文学家在银河系其他地方的年轻恒星周围观察到的原行星圆盘非常相似。

  研究团队发现这些圆盘显示可能有行星形成的迹象,观测结果发现有十分之一带有圆盘的演化双星中,在圆盘中看到了一个大空腔,这表示有东西漂浮在那里,并收集了空腔区域中的所有物质,而最可能的答案就是行星。这颗行星可能不是在其中一颗双星生命最开始时形成,而是在最后形成的。并且发现在盘中具有大空腔的演化双星中,在垂死恒星表面上的重元素非常稀少,研究团队怀疑富含这些元素的尘埃颗粒被行星所捕获。

  天文学家还不确定是否真的是行星造成观测到的结果,如果新的观测证实这些行星是在其中一颗恒星生命结束后才形成的,这将是一个重大发现,表示现行的行星形成理论需要调整。该研究成果发表于《Astronomy & Astrophysics》期刊上。(编译/台北天文馆赵瑞青)

正在形成第二代行星的双星系统示意图。
正在形成第二代行星的双星系统示意图。

资料来源:KU Leuven

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  先前的理论预测,恒星形成之后才能开始形成行星,而最近一篇在自然期刊上的论文可能要打破该观点了,天文学家利用智利的阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列观测了一颗极为年轻的原恒星IRS 63,它距离地球约470光年,这颗年轻的原恒星,在分类上属初期恒星体的I类,它已经过了主要的吸积阶段,并拥有了大部分的最终质量,但其外围的吸积盘仍然存在。

  在吸积盘中,天文学家看见了一个令人惊讶的现象,在原恒星周围有两个深色的同心环形缝,他们合理推论这是行星形成的迹象。行星的形成过程,目前最流行的模型是核心吸积,圆盘中的尘埃及颗粒透过静电作用互相吸附,随着物体的大小增加,重力作用也越来越大,原行星将其轨道上的所有物质吸走,会在原恒星盘上形成一个裂缝,但是这个模型所需耗费的时间较长,事实上若是该恒星盘已大于100万岁,则似乎没有足够的物质来形成行星。

G1及G2为两个吸积盘缝,很有可能是行星形成的过程中将附近的气体清除而产生
▲G1及G2为两个吸积盘缝,很有可能是行星形成的过程中将附近的气体清除而产生(Ⓒ:Segura-Cox et al., Nature, 2020)

  而这个小于50万岁的原恒星,似乎有机会在这些原恒星盘圆缝中形成行星,研究团队还计算了潜在原行星的质量,较近的原行星距离母恒星19AU,质量约为木星的0.47倍,较远的则在37AU之外,其质量约为木星的0.31倍。

  另一种解释是行星尚未形成,而是仅产生一种称为径向飘移的现象,这是一种因恒星盘中气体产生的阻力,物质汇聚后与其摩擦导致尘埃和颗粒失去角动量并朝恒星移动的过程,这种现象同时也称为径向飘移障碍,它会阻止行星的生成,同时也会形成环形或新月形缝。

  不论它是哪一种结果,都比我们早先对行星形成的理解都还要早,研究团队在文中写道:「即使在最保守的情况下,这些特征也表明尘埃开始聚集在圆盘的特定半径上。圆盘的结构可能在恒星形成的早期就对于行星的演化产生了影响。」(编译/台北天文馆研究组技佐许晋翊)

资料来源:Science Alert

发布单位:台北市立天文科学教育馆

1517753396909455.jpg

  天文学家Kevin Schlaufman 根据观测统计与理论,提出行星质量上限为4-10倍木星质量,超过此限即属棕矮星。 此说对这两种本质截然不同的星体做出了新的界定。

  类木行星是经由「核积聚」过程,由冰与岩石逐渐聚集而成;棕矮星则是从气体云直接塌缩形成。 在此假说中,重元素丰度越高的环境越有利于形成类木行星。 Schlaufman 从146组行星系统中统计发现,木星质量4-10倍以下的行星多存在于重元素丰度高的系统,而木星质量10倍以上者则平均生成于所有系统中。 他进一步研究发现,角动量移转与低表面密度限制了类木行星的增长,所以行星盘中最高只能孕育4-10倍木星质量的行星,而这些行星在一万年内即可形成。

资料来源:http://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/new-definition-planet/,台北天文馆吴典谚编译

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  天文学家利用次世代凌星巡天(Next-Generation Transit Survey,简称NGTS)望远镜,在一颗小恒星周围发现了一颗大行星!但一般的行星形成理论无法解释这种现象,之前认为在小型的矮星周围无法形成巨行星,而只能形成小型的岩质行星。

  这颗新发现的行星称为NGTS-1b,大小和木星差不多,但他的母恒星NGTS-1大小却只有太阳的一半。自2005年开始运作的次世代凌星巡天望远镜位在智利,这是它发现的第一颗行星。

  NGTS-1位在南天的天鸽座内,距离地球约600光年。一般的理论认为,在恒星形成时只有一小部分的质量能够用来形成行星。以太阳系为例,太阳就占了太阳系总质量的99%以上,其他的八颗行星、彗星和小行星所占的质量则不到1%。因此较小的矮星周围应该没有足够的材料能够形成大行星,这次新发现的NGTS-1b却挑战了现行的行星形成理论。这项发现发表在2017年10月31日出版的《英国皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,简称MNRAS)。

1509785364284034.jpg

资料来源:http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-24799/#/gallery/28967, 台北市立天文科学教育馆胡佳伶编译