行星系統的性質和恆星形成的環境有沒有聯繫呢?

2020-12-17 探索地外文明

到目前為止,人類已經發現了數千個銀河系內的系外行星系統。這些系統內行星的軌道和物理性質有很多都與太陽系內的行星不同,勾勒出了一幅更複雜,也更完整的行星形成全貌。除了對行星本身的研究外,已經有不少文章對行星系統和「宿主」恆星之間的性質關係進行統計研究。既然恆星大部分都不是單獨形成,而是在星團裡集中、批量形成,再隨著歲月流逝逐漸散落到銀河各處的,那麼行星系統的性質和恆星形成的環境有沒有聯繫呢?

對已經確認的系外行星系統周圍的恆星進行了6維相空間密度的分析。雖然年深日久,孕育了這些恆星的星團已經慢慢消散,但是在很長的時間內還會保持著某種「同步」的運動節奏。這樣的跡象可以在考慮了速度和自行的相空間密度中體現出來:當年誕生於星團中的恆星,現在周圍的相空間密度也應該偏高;而獨自出生的恆星現在也應該處於相空間密度較低的區域 (測量見圖二)。

在進行了這樣的分類後,發現低相空間密度的恆星擁有的系外行星系統和高相空間密度處的有比較顯著的差別。如圖三所示,在行星軌道半長軸與行星質量的參數空間上,這兩族系外行星系統的分布不同。

最顯眼的一個差別是軌道半徑很小,但質量又很大的熱木星 (Hot Jupiter) 幾乎只出現在高相空間密度區域的恆星內。這類行星相對比較容易被觀測發現,已經有很多觀測,但偏偏又是太陽系中不存在,而且給行星形成一般理論提出了很大挑戰的族群。

以往的理論中,早期行星形成中的遷移過程,或者系統內多個行星之間的散射被認為是這些大質量氣態表面的行星能出現在距離恆星很近地方的原因。環境差別可能意味著是早期恆星形成的高密度環境導致了熱木星的出現。

認為這種星團形成環境是熱木星出現的主因。我猜這裡是會有一些爭議的。雖然對行星領域知之甚少,但這種在從觀測統計規律中推斷物理機制的工作中,多提醒自己把視野放得更「高」更「廣」一點,是值得借鑑的。

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