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深入了解宇宙中漂流的“流浪行星”

探索流浪行星:被恒星逐出的孤儿行星,类地行星比气态巨行星更常见。

作者:John Wenz
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孤儿行星 WISEA J114724.10−204021.3 的艺术插画。我们的星系可能充斥着流浪行星,但它们非常难以寻找。来源:NASA/JPL-Caltech

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并非所有恒星都是其初生行星的好“父母”——有些恒星会变得非常恶劣,将它们的“孩子”踢入星际空间。我们以前曾发现过少数这样的孤儿行星,它们被称为“流浪行星”。但今天发表在《自然·天文学》上的一项研究表明,我们迄今为止发现的、均为气态巨行星大小的这类行星,是例外而非常态。

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“基本上,驱逐一颗类地行星比驱逐一颗木星质量的行星要容易得多,”该论文的首席作者、华沙大学博士候选人 Przemek Mróz 说。

华沙大学天文台的研究人员使用光学引力透镜实验(OGLE)的数据来搜寻这些行星。由于它们自身不发光,因此必须通过引力透镜效应来寻找,当一个大质量物体弯曲其周围的空间并充当一个巨大的放大镜时,就会发生引力透镜效应,从而显现出更远的天体。

在这种情况下,华沙团队使用 OGLE 在对银河系核球的观测中寻找微小的事件,银河系核球提供了足够明亮的光源来探测行星。从我们的角度来看,透镜效应物体移动缓慢。然而,背景中的物体在相对较短的时间尺度内移动。一颗木星大小的行星会产生一到两天的微引力透镜事件,而一颗类地行星的持续时间将是两到十小时——只是一瞬间。

OGLE 的数据显示,有足够多的可能是超地球大小的行星事件,从而描绘出一幅图景:25% 的是气态巨行星,75% 是岩石行星或冰巨行星。这都与引力的无形之手有关。简而言之,恒星更有可能留住气态巨行星,因为气态巨行星的引力更强。

“让我们想象一个由两颗行星组成的行星系统:一颗类地行星和一颗木星质量的气态巨行星,”Mróz 说。“气态巨行星具有足够的质量来产生大于逃逸速度的后坐力速度,因此它的引力可以扰动并最终将类地行星逐出。另一方面,类地行星太小,无法将气态巨行星逐出。这就是为什么大多数被逐出的行星应该是类地行星,而不是木星质量的行星。”

寻找那些更小的流浪行星可能会成为最大的挑战。这些事件本身持续的时间尺度很长,并且相对随机地发生。然而,地面上识别出的候选者可以由即将进行的 WFIRST 或 Euclid 等任务进行观测,以弄清楚到底是怎么回事。

顺便说一句,那两家未来的天文台和 OGLE 之间有一个共同点——它们都曾或将主要设计用于在无法直接观测的情况下,搜寻暗物质的引力效应。两者之间没有直接联系,除了“不发光的物质团块”这一共同点,但这可能意味着对其中一个的搜寻将在未来很长一段时间内不断带来对另一个的发现。

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