为什么宇宙中有那么多“无家可归”的星球?它们的结局如何?(2)

2021-06-17 08:11     互联网

根据观察,我们已经观察到了大量潜在的流浪行星“候选者”。“候选者”是一个很重要的词语,因为我们并没有精确的探测技术来确定它们是否是真正的流浪行星。尽管使用了最先进的探测设备,但确定它们还是一件难事(即使如此,也只能通过他们发出的微弱红外热信号才能发现)。所以我们确信,它们的数量比我们已经观测到的要大得多。另外,在难以发现这个事实之外,我们还是找到了很多潜在的对象。如果你对此好奇,你便会情不自禁地去想,这些流浪星球到底来自哪里!

关于这些行星的来源,这里有个能令人信服的回答。

图源: NASA / JpL-Caltech.

我们都对类似太阳系的形成有所了解:当引力坍缩创造了一个可进行核聚变的区域,最终在这区域中会形成一个被原形星盘包围的中央恒星。原形星盘中会出现引力扰动,从它的周围吸引越来越多的物质。同时,新形成的中央恒星会会渐渐放出热量,将大部分最轻的气体吹向星际介质。随着时间的推移,这些由引力扰动吸引来的物质会聚集成为小行星、岩态行星,并且最终汇聚成最大的气态巨行星。

实际上,这些形成的行星并不仅仅环绕中心恒星运行,它们之间还被各自的引力束缚。一段时间后,这些行星会达到所能达到的最稳定的状态,这通常意味着体积最大、质量最大的行星会以牺牲其他更小、更轻的行星为代价。那么,对于这些在“星球永久居住权”争斗中的失败者来说,结局如何呢?它们要么通过合并被吸收,快速投入恒星的怀抱。要么,它们最有可能被踢出所在的恒星系统,从而进入星际空间。

这一项模拟研究表明,在每一个像我们太阳系一样富饶的星系的形成过程中,至少会有一个气态巨行星被踢出去,进入介质中。从而,它就注定成为一个流浪行星,在宇宙中漫无目的地流浪。此外,在每个恒星系中被踢出的更小的岩态行星数量可能高达5-10个。这也似乎就是流浪行星的主要来源,它们可能以亿计的数量存在于在我们的银河系中。

但很有趣的是:当我们对数量做出最具有理论意义的推算时,这些被年轻的恒星系所踢出的行星的数量比我们实际推测的一半还要少。那么其余到底都来自哪里呢?为了弄清楚绝大多数流浪行星来自哪里,我们必须同时以一个更大的角度来看这个问题:它们不仅来自于我们太阳系形成过程,而且来自于在同一时间的所有恒星(和恒星系统)的形成过程。

图源: ESO / R. Chini, from the ESO’s Very Large Telescope.

星团产生于寒冷气体的缓慢坍缩。这些气体大多由氢气组成并且通常充斥于先前存在的宇宙。随着云团坍缩的深入,出现了引力非稳定性,同时,最早期的、最重的不稳定物质优先开始吸引越来越多的物质。当足够多的物质聚集在极其狭小的空间,并且这些云团核心的温度处于足够高的状态时,核聚变随即发生,恒星也随之形成。

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