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天文学家发现一系外行星 超出现有理论范围(图)

http://www.kexue.com 2011-06-27 10:08:22 腾讯科学  发表评论

  据国外媒体报道,随着开普勒系外行星探测器的发射升空,人类将在未来一段时期内发现较多的系外行星,会有越来越多的系外行星被发现,而几乎所有新发表的研究成果都涉及到一个问题:这些行星到底是如何形成的?当天文学家发现第一颗系外行星时,太阳系行星形成理论是否同样适用于其他星系,是否我们已知的行星形成理论是否只是某个框架的一部分,这些问题都困扰着天体物理学。例如,宇宙存在着大量的热木行星,却在现有的理论范围之外。
 


艺术家笔下的某恒星系统中的气态行星

  这将导致科学家重新审视现有的理论结构,重新回到起点进行推演,而目前最大的难题是:宇宙中到底有多少系外行星?我们目前所掌握的行星形成模型的漏洞有多大?针对这些问题,科学家发现阻碍系外行星进一步发现的原因是观测方法上存在问题,目前所采用的引力摇摆法只能发现质量较大的系外行星,而且这些系外行星的轨道必须靠该恒星系统较近。

  尽管目前最先进的开普勒系外行星探测器能在一定程度上提升了对系外行星的观测发生力度,容易发现距离地球较远且质量较低的行星,但是也只能发现距离恒星较近的行星。然而,有一种用于发现系外行星的新技术,即引力微透镜法,用该方法发现的系外行星质量已经能降至10倍地球质量,且这类系外行星的轨道距离其恒星系统也较远。根据这个方法,一个天文学家小组公布了用于发现系外岩质行星的范围。检索系外行星表,天文学家使用引力微透镜法发现了13颗系外行星,最新的一颗编号为MOA-2009-BLG-266Lb,通过精确的计算,发现其质量大约只有地球的10倍,公转轨道在3.2个天文单位(一个天文单位为1.5亿公里),而其所在的恒星系统中,恒星的质量大约只有太阳质量的一半。

  这个新发现对于系外行星的探索理论是非常重要的。因为这是首次发现这个质量级别的系外行星,科学家将其称为“质量雪线”,这个质量所对应的公转轨道决定了在这颗行星上水是否是液态水,而氨和甲烷是否会冻结成冰,如果具备了液态水的存在的轨道条件,那将极有可能孕育外星生命。但是,这条理论上的“质量雪线”并不是用于衡量外星生命的标准,如果推演到行星形成时期,将使得行星形成坚硬的核结构,而如果超出了这个范围,天文学家估计该行星的形成时间相对而言将非常短暂,若在进一步远离这个范围,行星的密度就会下降。

  因此,依据此行星形成理论模型,标准形成质量将达到10倍的地球质量,并在形成初期具有较大的固态物质聚集,而在这个过程中,可进行较慢程度的气体吸积,如果这个过程过快,过于迅速地积累行星材料,其大气结构将变得厚重而崩溃,这个循环的加速将导致这颗行星成为一颗气态行星。

  这个行星形成理论模型能否具有广泛的普适性还需要进一步的结合天文观测。通过对与邻近行星系统的对比,判断理论是否符合观测。特别需要点出的是:从这个理论出发,在低质量恒星系统周围,应该不会观测到巨型气态行星,因为气体盘将会在行星大气崩溃导致进一步的吸积效应前消失。天文学家所期待的情况已经被开普勒系外行星探测器所发现的超过500个系外行星观测报告所在证实。

  此外,按这个“质量雪线”进行观测时,也发现较多的低质量行星,这也支持了在行星形成初期如果没有较低的温度形成固态物质,将在很大程度上阻止行星形成的假说。与此同时,一些新的观测计划也就在不久得将来实现,比如光学引力透镜实验IV(OGLE-IV)探测器即将全面开始运作以及新一代的WISE空间观测天文台将使用更加成熟的微引力透镜进行系外行星观测。

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