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天文学家称,新型行星可以在黑洞周围形成

超大质量黑洞周围的尘埃云是形成一类奇异新行星的理想温床。

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图片来源:Jurik Peter/Shutterstock

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超大质量黑洞是宇宙中最令人兴奋和最神秘的天体之一。它们是位于大多数,也许是所有星系中心的巨大、质量巨大的天体。事实上,它们可能是所有星系生长的种子。

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超大质量黑洞的质量至少是太阳的一百亿倍。它们通常被厚厚的、辐射出巨大能量的气体云所环绕。当这种情况发生时,它们被称为活动星系核。发现这些星云的性质以及它们奇特的中心居民,是天体物理学家持续进行的探索。

现在,研究人员有了一个新的现象需要考虑——行星可以在超大质量黑洞周围巨大的尘埃和气体云中形成。去年,日本鹿儿岛大学的 Keichi Wada 和他的几位同事表明,在某些条件下,行星确实会在这些星云中形成。这个团队将这些黑洞行星称为“blanets”,它们将与任何传统行星都大不相同,并为天文学家提供了关于一类全新天体的梦想。

原行星盘

普遍接受的行星形成理论认为,它发生在年轻恒星周围的原行星盘的尘埃和气体中。当尘埃颗粒碰撞时,它们会粘在一起形成更大的团块,在绕恒星运行的过程中会卷起更多的尘埃。最终,这些团块会变得足够大,形成行星。

Wada 和他的同事说,类似的过程也应该发生在超大质量黑洞周围。它们被巨大的尘埃和气体云所环绕,这些云与年轻恒星周围的原行星盘有一些相似之处。随着星云绕着黑洞运行,尘埃颗粒应该会碰撞并粘在一起,形成更大的团块,最终形成 blanets。

与传统的行星形成相比,这个过程的规模非常巨大。超大质量黑洞非常巨大,质量至少是太阳的一亿倍。但冰颗粒只能在温度足够低、挥发性化合物能够凝结的地方形成。

这发生在距离黑洞本身约 100 万亿公里处,轨道周期约为一百万年。在 blanets 上,生日会很少见!

接下来,团队考虑了这些天体可能会长多大。一个重要的限制是云中尘埃颗粒的相对速度。缓慢移动的颗粒可以碰撞并粘在一起,但快速移动的颗粒会在高速碰撞中不断破碎。Wada 和他的同事计算出,这个临界速度必须低于每秒约 80 米。

与此同时,碰撞速率必须足够高,才能在活动星系核的生命周期(据估计约为一亿年)内形成 blanets。这使得 blanets 形成的空间参数非常有限,除非有其他因素促进 blanet 的形成。

该团队目前工作的重点就是这样一个因素:辐射对尘埃云的影响。活动星系核的辐射会倾向于将尘埃颗粒从黑洞中推开,从而形成持续的“风”,为 blanet 的形成提供新鲜的物质。

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活动星系核

Wada 和他的同事说,这具有显著影响。在这些条件下,blanets 生长得更快,甚至可以达到地球质量的 3000 倍(超过这个质量就会足够大形成褐矮星)。如果没有这种尘埃风,blanets 的质量不会超过地球的六倍。“我们的研究结果表明,blanets 可以在相对低光度的活动星系核在其生命周期内形成,”Wada 和同事说。

这些天体究竟会是什么样子,还是一个悬而未决的问题。Wada 和他的同事说,它们不可能是像木星或海王星那样的气态巨行星。“blanet 的气态外壳应该与 blanet 的质量相比微不足道,”他们说。它们也不会很像地球。“blanets 与标准的类地行星有着极大的不同,”该团队补充道。

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目前,这项工作完全是理论性的,观测 blanet 的前景似乎并不高。最近的活动星系核 Centaurus A,距离地球 1100 万光年,远远超出了当前系外行星搜寻的范围,后者仅能探测到几千光年内的天体。

但如果 blanets 确实存在,接下来的问题是它们是否可能支持生命。在电影《星际穿越》上映后,就出现了这个问题,电影中有一个潜在宜居的行星围绕黑洞运行。答案是:可能不会,尽管这并不妨碍天文学家继续寻找。祝你 blanet 狩猎愉快!


参考文献:arxiv.org/abs/2007.15198星系中超大质量黑洞周围尘埃颗粒形成的“Blanets”

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