如今，天文学家拥有许多系外行星系统可供研究，但大多数看起来与我们自己的太阳系截然不同。确定这些太阳系——以及我们自己的太阳系——是如何形成的，这是一项挑战。在1月8日于华盛顿州西雅图举行的第233届美国天文学会会议上提出的新研究，支持了一个与以往行星形成观念相悖但正在该领域获得关注的观点：那些以几天为周期绕恒星运行的巨行星，可能是在离其太阳很近的地方形成的，而不是从很远的地方迁移到内侧。
这项由加州理工学院的Elizabeth Bailey和Konstantin Batygin于10月5日在《天体物理学进展通讯》上发表的研究表明，这些被称为“热木星”的巨行星可以“就地”形成，即离其恒星很近的地方，并且在它们的生命周期中一直保持在那里而不至于蒸发掉。“热木星”是离其宿主恒星非常近的巨行星，通常距离不到地球-太阳距离的十分之一。它们存在于大约1%的行星系统中。自20世纪90年代首次发现以来，天文学家一直在思考这些奇怪的行星是如何到达今天的状态的。Bailey在新闻发布会上说：“在太阳系中，水星内侧根本没有任何东西在运行——甚至没有小行星带。因此，存在巨行星不仅远在恒星的雪线之内，而且远在水星的轨道距离之内，这对现有的行星形成理解提出了重大挑战。”
巨行星的诞生
要形成一颗“热木星”，首先必须形成一颗气态巨行星。天文学家认为，这可以通过一个称为核心吸积的过程发生。一个岩石核心——大小相当于地球或更大——在原行星盘中形成。一旦这个核心达到临界质量，大约10个地球质量或更多，它就会经历一个极速吸积的阶段，吸入氢和氦形成大气层，最终获得足够的物质成为一颗气态巨行星。
根据传统的行星形成理论，气态巨行星在我们木星和土星所在的地方形成，距离是地球-太阳距离的几倍，那里有足够的寒冷物质供它们如此巨大地成长。在这些条件下形成“热木星”，巨行星必须向内迁移。事实上，我们的太阳系就显示了行星迁移的证据，而其形成的主要理论之一，“大摆动模型”，认为木星和土星形成于远离太阳的地方，向内迁移，然后又移回当前的位置。
但这对所有太阳系都适用吗？内迁移真的能解释“热木星”吗？
内边界
在他们的研究中，Bailey和Batygin将系外行星质量绘制为行星与其宿主恒星距离的函数。通过这样做，他们能够根据“热木星”的分布来发现可能暗示其形成趋势的规律。
Bailey解释了数据：“‘热木星’的内边界看起来相当清晰。”换句话说，“热木星”只在离恒星一定的半径范围内被发现，在该边界之内没有异常。“一般来说，当涉及到行星或小行星时，当它们从原始形成地点散开时，往往会造成分布的杂乱外观。所以这似乎是一个线索，‘热木星’分布的这个清晰内边界实际上可能是它们近距离形成的标志，”她说。
随后，他们计算了在原行星盘中，导致形成木星质量行星的失控吸积可能发生的最小半径。他们发现这个半径离恒星非常近——实际上就在恒星磁层在其盘中心形成的空洞的内边缘。这意味着核心吸积和巨行星形成可以一直发生在盘的最内侧，在它们今天被观测到的距离上就地诞生“热木星”。
Bailey说：“考虑到这些假设，我们预测了一个‘热木星’种群内边界的表达式，这实际上与观测结果非常吻合。”
她总结说：“这似乎表明，‘热木星’在大多数情况下实际上是离其恒星很近的地方形成的，而不是像木星和土星那样在远处形成。如果这是正确的，那就意味着‘热木星’的起源与木星和土星是不同的。”
超巨星的开端
那么，组成这些“热木星”核心的最后一块拼图是什么呢？Bailey和Batygin表示，这很简单——它们是其他太阳系中常见的超级地球（质量约为1到10个地球质量的行星），但我们自己的太阳系却明显缺乏。在他们的论文结论中，Bailey和Batygin指出，“要‘就地’重现绝大多数‘热木星’种群，只需要大约1%的年轻超级地球在其原行星星云消散之前进入失控聚集状态。”
他们确实注意到，他们的研究“不问”这些超级地球来自哪里——也就是说，他们没有研究它们是如何或在哪里形成的，只是假设它们首先存在，以作为未来气态巨行星的核心。但是，由于只有1%的类日恒星拥有“热木星”，他们写道，只有1%的超级地球需要经历吸积并成为“热木星”，才能形成我们今天看到的行星系统。
万一你担心如此近距离绕恒星运行会影响“热木星”的生存机会，答案是：不会。虽然发现了一些质量较小的行星，它们的大气层正在蒸发，但“热木星”质量如此之大，在恒星的整个生命周期中，只有大约1%的大气层会最终因光蒸发而损失，Bailey说。
所以，这些行星不仅可以基本上就地形成，而且可以在其整个生命周期中保持在原地，成为生活在我们完全不同的太阳系中的炙热、庞大的世界。
