「無家可歸」的行星遍布銀河系
關於是否存在「自由漂行星」,天文學家們現在獲得了最充分的證據。
「無家可歸」的行星遍布銀河系
胡德良譯
天文學家們發現:「無家可歸」的行星可能遍布我們的星系,它們從自己的誕生地——遙遠的恆星系統而來,漫遊於宇宙之中。該研究有助於澄清一個長期的爭論:「自由漂行星」是否真的存在?它們是否普遍存在?
「該研究成果令人信服,我認為這篇論文中的資料作為存在自由漂行星的最充分的證據,將會在未來多年的時間裡被引用,」英國劍橋大學的天體物理學家迪米特里·薇拉斯(Dimitri Veras)說。薇拉斯沒有參與這項研究。
在過去的20年中,天文學家們在我們太陽系之外發現了500多顆類似行星的天體,這些「系外行星」中的絕大多數行星在圍繞著恆星運轉。少數沒有圍繞恆星運轉的行星要麼是自由漂行星,要麼是恆星本身。天文學家們對此不能確定,因為它們的質量難以確定。在質量上,任何小於木星13倍的天體通常被認為是行星,而質量介於木星13倍至80倍之間的任何天體就是被稱為「褐矮星」的小型恆星。
目前,日本大阪大學的天體物理學家孝弘須美(Takahiro Sumi)及同事將天體物理微引力透鏡觀測法(MOA)和光學重力透鏡實驗(OGLE)聯合起來,好像解決了那些行星的問題。不久前,在《自然》(Nature)雜誌在線版上發表的一篇論文中,研究人員列出了我們星系中的10顆天體,它們很可能是自由漂行星。況且,他們聲稱:在我們星系中,自由漂行星數目眾多,很可能超過了恆星的數量。
多數系外行星是利用兩種方法中的一種發現的:行星在其恆星前面經過時觀察到恆星所發生的閃爍,或者觀察到由於行星的引力變化而造成恆星的搖擺。然而,在尋找沒有恆星的行星時需要利用一種不同的方法:微引力透鏡效應。在這項技術中,天文學家們就像利用放大鏡那樣利用行星的引力來使光線發生折射。一顆不繞軌道運行的行星在一顆遙遠的恆星前面經過時,就會因放大恆星的光而暴露自己。一般說來,行星在經過恆星前面時放大的時間越短,行星就越小。
在兩年多的時間裡,孝弘須美及MOA協作組中的其他成員利用紐西蘭約翰山天文台的1.8米MOA-II望遠鏡和智利拉斯坎帕納斯天文台的1.3米華沙大學望遠鏡,監視了我們星系中的5,000萬顆恆星。他們發現了474起微引力透鏡事件,其中只有10起時間短暫,表明是大約相當於木星大小的行星。對於這10顆行星中的任何一顆,研究人員在方圓15億公里的範圍內沒有發現母恆星的蹤跡,這個範圍的距離大約相當於土星環繞太陽的軌道長度。儘管有的行星確實在更加遙遠的距離上做環繞運動,但是對於木星大小的行星來說那種情況是極為稀少的。因此,這10顆行星很有可能是自由漂行星,而且這些數據也得到了OGLE協作組的證實。
其他的464起微引力透鏡事件是由於較大的天體造成的——包括活恆星、死恆星和褐矮星。像這樣微引力透鏡效應持續時間較長的情況比較容易被發現,因為統計資料會產生偏差。把這種偏差考慮在內,研究人員估計我們星系中自由漂行星與恆星的數量之比接近二比一。
「正如人們一直期待的那樣,存在自由漂行星並不奇怪,」孝弘須美說,「然而,奇怪的是它們竟然如此普遍地存在著。」
或許,該發現所產生的最大問題是這些自由漂行星來自哪裡的問題。天文學家們提出的一個答案是,它們跟恆星的形成方式相同——通過引力吸收附近的物質而形成。然而孝弘須美說,這個過程不可能形成這麼多小型天體。相反,孝弘須美及同事認為情況更有可能是這樣的:自由漂行星源自某個行星系統,但是在軌道無序期間被彈射出去。自由漂行星的形成問題是個重要的問題,尤其是一些理論認為,地球上的生命可能起源於幾十億年前闖入太陽系的一顆自由漂行星。
「這些研究結果表明,在行星系統的歷史上,劇烈的動態事件相當普遍,」蘇黎世瑞士聯邦理工學院的天文學家薩沙·匡茲(Sascha Quanz)說,「因此行星的形成是一回事,把它們保留在系統之內是另一回事。」匡茲沒有參與這項研究。
譯自:美國《科學》雜誌網站「科學此時」頻道
(http://news.sciencemag.org/sciencenow/)
原著:Jon Cartwright
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