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新研究表明银河系中至少有500亿颗漂浮行星

2019-03-05 09:56:55来源:腾讯科技

2001年12月10日-11日夜间,用ESO/MPG 2.2m望远镜的广角光学镜拍下的猎户座星云图像。

据外媒报道,荷兰莱顿大学的天文学家报告称,我们的银河系中至少有500亿颗行星可能是自由漂浮的——与任何恒星系统无关。

他们的结论来自于对猎户星座四合星团中大约1500颗恒星的最新模拟研究。猎户星座距离我们大约1300光年。他们假设四合星团中有2522颗行星环绕500颗恒星转动,通过模拟实验,他们发现其中357颗行星会在它们演化的头1100万年内变成自由漂浮的行星。

莱顿大学的天文学家西蒙-波特吉斯-兹瓦特(Simon Portegies Zwart)说:“其中281颗行星会离开星团,其他的行星则成为星团内自由漂浮的行星。”

在猎户星座四合星团恒星演化规律和动态的计算机模拟实验中,研究者最终撰写了一篇相关论文发表在《天文学与天体物理学》(Astronomy & Astrophysics)杂志上。这篇论文的第一作者艾伦-范-埃特伦(Arjen van Elteren)和第二作者波特吉斯-兹瓦特估计,在所有燃烧氢的所谓主序恒星中,有24%至72%的恒星会产生自由漂浮的行星。

该研究小组的模拟实验允许每颗恒星产生四五颗行星。这包括不同质量的行星,从质量为地球三倍的行星一直到质量为地球500倍的棕矮星。它们的轨道是圆形的平面轨道,与母星的距离相当于地球和太阳距离的400倍。

兹瓦特称,根据保守的估计,我们的银河系至少拥有2000亿颗恒星。他估计这些恒星中有四分之一的恒星已经失去了一颗或更多的行星。这就是说,有至少500亿颗行星在自由漂浮。

兹瓦特说,行星系统会受到内部演化的影响,但也会受到外部扰动的影响。他指出,失去一个或多个行星的行星系统往往有更多的倾斜轨道。

在我们的地球围绕太阳旋转的过程中,我们往往忘记我们出生在一个稠密的、混乱的星团中,而我们在太空中的路径并不总是如此平稳。

兹瓦特说:“行星之间以及行星与它们的主星之间发生碰撞是很常见的现象。这种现象发生在超过3%的行星系统中。”在目前已知的4000个行星系统中,他预计有大约120个行星系统经历了某种程度的碰撞。

猎户星座四合星团有多么典型呢?

兹瓦特说,它是非常典型的!银河系中有数千个这样的星团。我们就出生在一个星团中,这个星团的特征与四合星团相似,也许质量要大一点,比如说它拥有2500到3000颗恒星,而不是1500颗恒星。

兹瓦特称,猎户星座四合星团是伽利略于1617年发现的,由大约2000颗恒星组成,但现在还没有确切的数字。这是一个年轻的开放星团——由几千颗在同一个分子云中诞生的、年龄大致相同的恒星组成的松散的星团。这个星团在其周围由气体和尘埃组成的星云中经常会产生恒星,天文学家称其为猎户座大星云(M42)。

兹瓦特说,它似乎是由大量的小质量恒星与少数大质量恒星组成的,很可能与形成我们的太阳系的原始星云非常相似。

但在早期,这样的星团是非常动荡的地方。在稠密的星团中,行星将解脱束缚,变得自由,这主要是由于某个太阳系中恒星的相互作用或行星的内部扰动。

兹瓦特说,在稠密的星团中,与其他恒星的邂逅往往会使行星系统变得不稳定。他说,这种不稳定性随后会导致行星发生抛射。

一旦一颗恒星离开星团,它捕获一颗行星的机会就变得微乎其微。在形成行星系统的星团中,年轻行星星团往往是最脆弱的。一旦星团分散(由于银河系的影响),它的外部影响力就会减弱,只有内部动态过程仍在继续。但是,如果没有来自外部的驱动力,这些因素不太可能导致重大的不稳定。

至于我们自己的太阳系呢?兹瓦特说,由于太阳系内部的扰动或附近一颗恒星经过,地球在早期可能失去了它的其中一个兄弟姐妹。

兹瓦特说,如果我们的地球失去了一两个兄弟姐妹,而且它们的质量可能没有海王星大。他说,目前,与其他恒星邂逅的唯一迹象是柯伊伯带和塞德娜(Sedna)的存在。塞德娜是一颗位于太阳系最外层的矮行星。兹瓦特说,我们的四颗内行星具有良好的平面运行轨道,这是在没有很多扰动的情况下长时间演化的自然结果。

“但是,在木星和土星刚刚形成和这些岩石行星刚开始出现的早期,但谁知道发生了什么呢?”兹瓦特说。

在几亿年的时间里,微小的水星只有极少的可能性坠入太阳。兹瓦特说,太阳系中行星的轨道是混乱的。他说,由于与金星和木星之间长期发生轨道共振,水星坠入太阳的几率约为5%。这意味着,在很长的时间跨度中,我们这些行星的混乱轨道可能会产生不稳定性。就水星的情况而言,这种不稳定性可能导致水星在引力作用下坠入太阳。

但是,兹瓦特说,如果真的失去水星,那么这将对地球本身没有任何影响。但这样的事件发生的几率并非为零,这进一步证明了距离太阳的第三颗行星——我们的地球——的轨道是多么的偶然。(腾讯科技编译/乐学)

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