難以理解!海王星大小的系外衛星居然可以繞木星大小的行星運行?

2020-12-05 天文在線

如何對未來的系外星系進行分類

在太陽系之外尋找行星是非常艱巨的工作。但是，對於已確認的系外行星而言，一項更具挑戰性的任務是確定這些系外行星是否擁有自己的衛星，又名系外星系。然而，就像對系外行星本身的研究一樣，對系外星系的研究也提供了進一步了解我們的宇宙的機會。

在所有可能的候選星系中，最新的（可能是最有可能的）候選星系是於2017年7月宣布的。這顆衛星被稱為克卜勒1625 b-i，圍繞著一個距地球約4,000光年的天然氣巨星運動。但是根據一項新的研究，這個系外星系實際上可能是海王星大小的天然氣巨星。如果是這樣的話，這將是首次發現天然氣巨星繞另一天然氣巨星運行的情況。

圖解：藝術家認為適宜居住系外衛星圍繞氣態巨星運動。

這項名為「巨大的系外星系候選星系克卜勒-1625 b-i的性質」的研究最近發表在科學雜誌《天文學和天體物理學》上。這項研究是由馬克斯·普朗克太陽系研究所的天體物理學家雷內·海勒進行的，他檢查了克卜勒任務獲得的光曲線，以限制系外星系的質量並確定其真實性質。

在太陽系內，衛星告訴我們有關其宿主星的形成和演化的許多信息。 同樣，研究系外星系也有助於對太陽系外行星系統的認識。 正如海勒博士通過電子郵件向《天文在線》解釋的那樣，這些研究也可以揭示這些系統是否具有適宜居住的行星：

當談到克卜勒1625恆星系統時，先前的研究能夠根據克卜勒1625 b在恆星前進行的三次觀測，估計克卜勒1625 和其相關衛星的半徑大小。 由這三個觀測到的過渡產生的光曲線產生一種理論，即克卜勒1625擁有一個海王星大小的系外星系繞其運行，其距離約為行星半徑的20倍。

但是正如海勒博士在他的研究中指出的那樣，並未考慮測量主恆星（克卜勒-1625）的徑向速度，這可以對兩個天體進行質量估計。 為了解決這個問題，海勒博士根據觀測到的特徵，除了行星和月球的表觀大小以外，還考慮了各種質量制度。 除此之外，他還試圖將行星和衛星置於太陽系中衛星形成的環境中。

海勒博士的第一步是，根據克卜勒觀測到的過境光曲線中顯示的特性，對系外星系代表及其主行星的可能質量進行估算。

他說：「數據的動力學解釋表明，主行星是大致木星大小（半徑上的「大小」）的褐色矮星，其質量接近18個木星質量。」 「但是，不確定性非常大，主要是由於克卜勒數據的嘈雜和探測器數量少（三）。 實際上，宿主物體可能是類似木星的行星，甚至可能是中等大小的褐色矮星，最大可能有37個木星質量大小。 衛星候選星系的質量介於幾個地球質量的超地球和海王星的質量之間。」

接下來，海勒博士比較了系外星系後選星系和克卜勒1625b的相對質量，並將該值與太陽系的各種行星和衛星進行了比較。 這一步非常必要，因為太陽系的衛星，根據行星的質量與月球與行星的質量比不同，顯示出兩個不同的種群。 這些比較表明，衛星的質量與其形成方式密切相關。

例如，通過撞擊形成的衛星（例如地球的月球和冥王星的月亮冥衛一）相對較重，而由行星的吸積盤形成的衛星則相對較輕。 木星的月亮木衛三是太陽系中質量最大的衛星，但與木星本身相比木衛三的體積卻很小，木星本身是太陽系中最大物體。

圖解：藝術家對假想星系在系外星系旁圍繞三星系統運動的構想。

最後，海勒博士獲得的結果證明是相當有趣的。 基本上，他們指出不能確定克卜勒1625 b-i是重型，撞擊型衛星還是輕型，增生型衛星。 正如海勒博士所解釋的：最合理的情況表明，衛星後選星更重，這表明它應該是通過撞擊形成的。 但是，該系外星系（如果存在的話）很可能是氣態的。 太陽系的衛星都是巖石/冰體，沒有明顯的氣體包裹層（土衛六的大氣層很厚，但質量可以忽略不計）。 那麼，巨大的氣體衛星是如何通過撞擊形成的呢？ 我不知道。 我不知道是否有人知道。

或者，在第三種情況下，克卜勒1625 bi可能是通過俘獲形成的，但這暗示著極不可能的祖先行星雙星系統，它被拉入克卜勒1625 b的環繞軌道，而其前行星伴侶被從系統中彈出。」

圖解：藝術家對一個外行星繞著一個天然氣巨星（左）和一個海王星大小的系外行星（右）運行的構想。

同樣有趣的是Keple-1625 b的質量估計，海勒博士估計其為19個木星質量，但可能高達112個木星質量。 這意味著宿主行星可以是任何東西，可以是比土星稍大的天然氣巨頭，也可以是棕矮星甚至是甚低質量恆星（VLMS）。因此，與其說氣體巨星繞著氣體巨星軌道運動，不如說是氣體巨星繞著一個小恆星運動，同時繞著一個大恆星！

圖解：藝術家對T型褐矮星的構想。

這是科幻小說的材料！ 儘管這項研究無法對Keplder-1625b及其可能的衛星提供確切的質量估計，但其重要性不可否認。 除了為天體物理學家提供第一個可能的巨大氣體衛星實例外，這項研究對系外行星系統的研究意義重大。 如果確認了克卜勒1625 b-i，它將告訴我們有關其宿主星系形成條件的很多信息。

同時，需要更多觀察才能確認或排除該衛星的存在。

如果數據證實發現的衛星是鬼宿，那麼這項研究的大部分內容將不適用於克卜勒1625系統。」 海勒博士說。「儘管如此，本文仍將提供一個示例研究，說明如何對未來的系外星系進行分類以及如何將其置於太陽系的背景下。 另外，如果克卜勒1625 b-i證明是真正的系外星系，那麼我的研究表明我們發現了一種新型的衛星，其形成歷史與我們今天所知的衛星截然不同。 天體物理學家當然可以解決這個難題。」

系外行星系統的研究就像剝洋蔥一樣，儘管很難像是在在關著燈的黑暗房間裡。 隨著科學家們的不斷發展，他們發現了更多的謎團。 隨著在不久的將來下一代望遠鏡問世，我們一定會學到更多！

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3.universetoday

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