科学家破解260光年的神秘热土星形成之谜

2018-12-06 14:54:36


天文学家发现一颗非常靠近母星且包含巨大岩核的气态巨行星。


  
  巨大的岩核加上厚厚的大气层,行星HD149026b似乎正在打破太阳系的演化规律。然而,如今两名研究人员相信,他们终于能够解释这颗“热土星”是如何形成的,这一发现同时强化了天文学家耗费20年心血建立的太阳系形成标准模型。
  
  自从上世纪90年代发现第一颗太阳系外行星以来,天文学家已经建立了学说和计算机模型用于解释像太阳系这样的系统是如何起源的。每个系统基本上都始于一个扩散的气体和尘埃云——被称为原行星盘,随后其内部的引力逐渐将物质凝结在一起。当母星点燃后,其所产生的太阳风会吹散大部分的气态云,从而形成了一个内核为岩层的小行星。而在距离母星较远的区域,其他岩核会吸引冷却的气体并形成气态巨行星,例如太阳系的木星和土星。在一些系统中,气态巨行星会向着恒星的方向运行,并且在距离母星很近的轨道上消亡。天文学家将这些天体称为热木星。
  
  然而,在2005年发现的行星HD149026b——距离地球约260光年——却让天文学家感到困惑。尽管大小与土星类似,但是这颗系外行星的岩核却很重——大约是70颗地球的质量。同时它还具有一个很厚的大气层。迄今为止,所有模型都无法解释这一矛盾的现象,这是因为气态巨行星不应该拥有这么大的岩核,而岩石行星更不会包裹着这样厚重的大气层。最似是而非的解释是,这颗系外行星是由两颗或更多颗气态巨行星经过原始碰撞后形成的。
  
  然而,发生这种碰撞的几率非常低,因此,美国帕萨迪纳市加利福尼亚理工学院的天文学家Sarah Dodson-Robinson和加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的天文学家Peter Bodenheimer尝试着提出了另一种可能性。研究人员在对HD149026b的母星进行分析后发现,就像太阳一样,这颗恒星包含了两倍浓度的重元素,例如铁和镍。考虑到这种因素,研究人员提出了一种新的假设,即这颗行星始于携带了更多重元素的云团。
  
  来自这一尘埃云的巨大的重力能使得HD149026b的岩核积聚得特别大,其间它还会吸收周围的气体。接下来,这颗巨大的气态行星开始向着恒星的方向转移,就像其他星系中的气态巨行星一样。Bodenheimer指出,这一假设发生得非常自然,“我们并没有胡乱地摆弄输入模型的参数或试图以任何重要的方式修正理论”。Bodenheimer和Dodson-Robinson在4月份出版的《天体物理学杂志》上报告了这一研究成果。
  
  并未参与该项研究的加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的行星科学家Jonathan Fortney指出,尽管还有一些研究人员在尝试解释HD149026b的形成,但是这项研究“指明了一条朝向看似最可信的假设的道路”。