星系中大量的流浪行星是怎麼來的?這些行星上會有生命嗎?

2021-01-13 李論科學

宇宙中為什麼會出現流浪行星?這些行星都是怎麼來的?流浪行星有一小部分來自宇宙中的恆星系統,還有絕大多數來自星系恆星形成區域那些失敗的恆星。

什麼是流浪行星,宇宙中有多少這樣的行星

在我們的銀河系中,包含了幾千億顆恆星,大部分恆星都有自己獨特而多樣的行星系統。但除此之外,銀河系中還有數千億顆根本沒有中心恆星的行星,我們稱其為流浪行星。不管是星團、小星系還是大星系都有流浪行星的存在。據我們所知,在宇宙中至少有和恆星一樣多的無恆星行星,這意味著我們在天空中看到的每一點光,都有與之數量相當不發光的點,它們都是流浪行星。

這些流浪行星一般很難探測到,只能通過收集它們的紅外熱信號發現它們,但是我們知道流浪行星的數量肯定比我們目前看到的要多得多。因此我們不禁會想這些流浪行星是從哪裡來的?

來自早期的恆星系統

這個可以參考下我們太陽系的形成過程,太陽系起源於一個原始行星盤,行星盤中的物質圍繞著中心原恆星運行。引力擾動會從周圍吸引了越來越多的物質形成行星,而新形成的中心恆星輻射會逐漸將大部分最輕的氣體吹到行星盤外圍。隨著時間的推移,在行星盤中會形成小行星、巖態行星,在外圍會形成氣態巨行星。

問題是,行星最初形成的位置並不是它最終的位置,行星不僅受中心恆星的引力作用,還會受到來自周圍其他行星的引力拉扯!隨著時間的推移,在行星系統中,行星最終會遷移到最穩定的軌道中。

科學家通過一項模擬顯示,對於一個像太陽系這樣擁有豐富行星的恆星系統(有氣態巨行星),在軌道的重新配置中至少會有一顆氣態巨行星被踢出太陽系,進入星際介質,那麼這顆行星註定就要獨自遊蕩在銀河系中。幾乎可以肯定的是:這就是一部分流浪行星的來源。

但在隨後的觀察和計算中發現,這一過程產生的流浪行星所佔的比例遠低於50%。為了找出大多數無恆星行星的來源,我們必須觀察更大的尺度:不僅是恆星系統的形成,還有宇宙中所有恆星的形成!

宇宙中絕大多數流浪行星是所謂的失敗恆星

在星系中星團是由冷氣體(主要是氫氣)緩慢坍縮形成的。在坍塌的氣體雲中,在引力的作用下局部一些區域就形成了最早、最大的物質結構。當足夠多的物質聚集在一起,核心的密度和溫度足夠高時,就會點燃核聚變!

這就產生了新的恆星和恆星系統,但也會發生其他的事情。星雲中首先形成的最大恆星也是那些溫度最高和顏色最藍的恆星,這些恆星也會發出最強的紫外線輻射,電離周圍的中性氫氣。所以當我們觀察宇宙中恆星形成的星雲時,實際上是在同時觀察兩個力相互競爭的過程:

引力,把物質聚集在一起的力輻射,恆星輻射會電離中性原子,恆星風會將氣體雲吹向星際空間。那麼這兩種力誰會贏?

這取決於我們對「贏」的定義。最大的物質密度形成了最大的恆星,但這些大質量恆星的數量卻是所有恆星中最稀少的。較小的(但仍然較大的)物質區域形成了其他類型的恆星,質量越低的區域其形成的恆星數量就越多。這就是為什麼,當我們觀察一個年輕星團的內部深處時,很容易能看到最亮的藍色恆星,但這些大質量藍色恆星的數量遠遠沒有低質量的黃色恆星,尤其是紅色暗星多。

如果沒有最先形成的恆星輻射,那麼昏暗的紅黃相間的恆星數量就會變少,但每一顆形成的恆星都會變得更大、更亮、更熱!恆星有多種類型,o型恆星是最熱,最大,最藍的,m型星最冷,最小,最紅。

在宇宙中每4顆恆星中就有3顆是M級恆星,相比之下,只有不到1%的恆星是O或B級恆星。事實證明,形成恆星的星雲約90%的原始氣體和塵埃被吹回到了星際介質中,而不是形成恆星。最大質量的恆星形成速度最快,然後開始將恆星形成物質吹走。隨著時間的推移,恆星形成區域的物質會越來越少。最終,所有殘留的氣體和灰塵都會完全消耗掉。

到目前為止,M級恆星(佔太陽質量8%到40%的恆星)不僅是宇宙中最常見的恆星類型,而且如果不是大質量恆星不停地吹離、消耗周圍的物質,還會有更多的m級恆星出現!換句話說,對於每一顆形成的M型恆星來說,都會伴隨著出現很多很多失敗的恆星。這些失敗的恆星最終會成為流浪行星。

總結:流浪行星會有生命嗎

所以宇宙中可能有一些流浪行星是從年輕的恆星系統中被踢出來,但絕大多數流浪行星是曾經失敗的恆星,它們從未與恆星接觸過,從未存在於任何恆星系統中。

流浪行星在銀河系中孤獨地遊蕩,永遠不會感受到來自母恆星的溫暖,它們曾經是星雲演變成恆星的過程受到阻礙而失敗的恆星,因此這些行星也根本不可能有生命。這就是流浪行星的由來!

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