宇宙的错配:天文学家发现围绕小恒星运行的巨大系外行星

宇宙的错配:天文学家发现围绕小恒星运行的巨大系外行星
2020年12月05日 11:20 天文在线

奇怪的组合挑战着行星形成规则

一个看似不太可能的,由巨大气体系外行星和小型红矮星构成的组合让科学家们重新考虑他们所了解的行星结构—-是否存在许多未被发现的大行星正围绕小恒星运转。

加泰罗尼亚空间研究所(IEEC)的一组天文学家罕见地发现了一颗围绕主恒星运转的大型类木行星,其主恒星的体积看起来比其他恒星要小。这就是距离地球约30光年的红矮星GJ3512,它的体积略大于太阳体积的十分之一。另一方面,它的系外行星质量几乎是木星质量的一半,且每204天绕这颗红矮星公转一周。

迄今,在宇宙已经被发现的4000颗系外行星中,只有大约10%围绕红矮星运转。红矮星是最常见的恒星类型,质量通常小于太阳的60%,但由于十分昏暗,在广阔的夜空中很难看到它们。

在《科学》(Sciense)杂志上发表的关于GJ3512的研究报告表明,这颗特殊的红矮星表现出了一些奇怪的行为。它的运动速度超乎寻常的快,这表明它有一个更大的伴星依附于它。

哲学博士,IEEC的天体物理学家,也是这项研究的第一作者胡安·卡洛斯·莫拉莱斯(Juan Carlos Morales)回忆说,当这对奇怪的组合第一次被观察到时,他相信这是一种双星系统的情况,因为行星系正在发出强大的信号。

“我们非常惊讶,”莫拉莱斯告诉杂志,“这颗行星很罕见,因为理论上的形成模型表明,低质量恒星通常拥有小于地球或海王星的小行星。”

一颗气体巨星绕着一颗如此小的恒星运行,这种不太可能的情况挑战了现有的行星形成规则。

被广泛接受的“核心吸积理论”(core accretion theory)假设,行星是由较小的粒子在引力作用下聚集在一起,形成越来越大的粒子,最终形成一个质量巨大的物体。

这个理论解释了像地球这样的行星的形成,但当涉及到气态巨型行星的形成时,此理论就不成立了,因为气态巨型行星需要形成地更快才能将气体融入其大气层中。一个更新的名为“圆盘不稳定性“(disk instability)理论表明,当一个巨大的圆盘由于引力的不稳定性而破碎并形成气体团块时,行星就形成了。

科学家们继续就这两种理论进行讨论,通过观察系外行星,确定哪种理论更说得通。

这一发现的系外行星GJ5312b很可能是这个小恒星周围的不稳定圆盘分裂成团块时形成的。

“这些团块会一直聚集,直到形成一颗行星,”莫拉莱斯说,“这个过程越快,形成的行星就越大。因此,我们所发现的这颗行星是第一个能证明此原理成立的证据。”

这颗行星甚至可能不是小恒星周围唯一的行星。天文学家团队还在这个不寻常的星系中发现了第二颗行星的迹象,其质量是海王星的三到四倍。

“我们将继续监测这个系统,以确定第二颗候补行星的特征,进而寻找更多的信号,”莫拉莱斯说。

该团队还在调查其他大约300颗矮恒星,希望能找到更多巨型系外行星围绕小型矮行星运转的奇怪组合。

摘要:调查表明,根据行星形成的核心吸积理论,超级地球和拥有海王星质量的系外行星比低质量恒星周围的气态巨行星更常见。我们发表的关于巨型行星围绕极低质量恒星GJ3512运行的发现,以光学和近红外线径向速度观测结果为依据。这颗行星的最小质量为木星的0.46倍,这对于一颗小型主恒星来说已经非常大了,并且它的离心轨道长达204天。

动力学模型表明,高离心率很有可能是由行星之间的相互作用造成的。我们用模拟来证明GJ3512行星系统挑战了被普遍接受的行星形成理论,并且它给行星的积聚和移动速度施加了约束。与从前的观点相比,圆盘不稳定性可能是在行星形成中最有效的理论。

作者: inverse

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