我们的太阳系中可能仍然存在第九颗行星——不，不是冥王星。相反，它是理论上的X行星，也称为第九行星，这是一颗宽阔轨道的行星，它将从海王星的遥远之外，甚至从冥王星的遥远之外绕太阳运行。
X行星已被假设多年，但这样一颗行星是如何出现在太阳系外围的长期以来一直让科学家们感到困惑。一项发表在《自然天文学》上的新研究揭示了一种新颖的理论。该研究表明，宽阔轨道的行星（如X行星）在其行星系统的早期演化过程中产生，当时这些系统仍在其恒星拥挤的出生星团内部。在这些狭窄、混乱的环境中，恒星及其行星都在争夺空间，有时行星会被抛射出去。
“本质上，我们正在观看宇宙街机里的弹球，”研究作者之一、莱斯大学助理教授André Izidoro说，据一份新闻稿报道。
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拥挤的星团和遥远的行星
虽然有些行星近距离绕恒星运行，但有些行星则远距离绕恒星运行，距离从几百甚至几千天文单位（AU）不等。
为了弄清楚这些宽阔轨道的行星是如何被困在如此遥远的地方的，来自莱斯大学和行星科学研究所的研究人员模拟了数千个行星系统的早期演化，包括那些围绕单星和双星的系统，以及那些兼具气态巨行星和冰巨行星的系统。
他们在这些系统被塞进恒星出生星团时开始模拟，然后在它们的恒星扩散到宇宙更宽敞的角落之前。在这些星团中，一些行星受到其行星系统中其他行星的引力影响而被“散射”远离它们的恒星，然后又被星团中其他恒星的引力影响而稳定下来。
这使得它们脱离了自身行星系统的内部区域，并被“困”在外部区域，在星团分裂后，它们仍然保持着宽阔的轨道。
“当这些引力撞击发生在恰当的时刻，行星的轨道就会与内部行星系统解耦，”行星科学研究所的高级科学家、另一位研究作者Nathan Kaib在新闻稿中说。“这就形成了一颗宽阔轨道的行星——一颗在星团分散后就基本被‘冻结’在原地的行星。”
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关于理论上X行星的理论
研究人员表示，他们的模拟表明X行星是如何在我们的太阳系中被散射并困住的，从而导致了宽阔的轨道。事实上，模拟发现，天王星和海王星的生长和引力作用增加了行星在其早期演化中被抛入太阳系外围的可能性。
“在该时期，有可能出现一颗类似第九行星的物体，其概率高达40%，”Izidoro在新闻稿中说。
模拟还显示，一些被散射的行星——被称为自由漂浮行星——没有被捕获，而是被抛出了它们的行星系统。
尽管大多数行星系统在散射行星时并没有捕获它们，但拥有宽阔轨道行星的系统的比例并非微不足道。
“我们预计大约每千颗恒星就有一颗宽阔轨道的行星，”Izidoro在新闻稿中说。“这可能看起来很少，但考虑到银河系中数十亿颗恒星，这个数字加起来就很多了。”
研究人员表示，这些结果解释了X行星是如何获得其宽阔轨道的，尽管它的存在仍有待证实。这种证实可能来自Vera C. Rubin天文台，该天文台预计最早将于2025年7月开始运行，届时它将照亮我们太阳系中一些最遥远的天体。
“随着我们不断完善对在哪里寻找以及寻找什么样目标的理解，我们不仅在增加找到第九行星的几率——我们还在为理解银河系中行星系统的结构和演化打开一扇新的窗口，”Izidoro在新闻稿中说。
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《自然天文学》。恒星出生星团阶段动力学不稳定性产生的极宽轨道行星
