標新立異的恆星系

原標題：標新立異的恆星系

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翻譯：陸寅楓

校對：田程偲 陳艷玲 汪榮鑫

編排：胡暖暖

原文鏈接：https://www.cam.ac.uk/research/news/giant-planets-around-young-star-raise-questions-about-how-planets-form

CI Tau系統的藝術想像圖。

Credit: Amanda Smith, Institute of Astronomy

圖中的3條間隙表明了3顆氣態巨行星的存在，加上先前在極近軌道距離發現的一顆熱木星，這個年輕的恆星系統一共有了4顆巨行星。而這也給天文學家帶來了許多問題。

天文學家發現了一顆不同尋常的恆星：儘管還很年輕，它周圍卻已經有四顆巨行星圍繞其運行了，而且每一顆的個頭都足有木星或土星那麼大。這是天文學家首次在如此年輕的恆星系統中發現這麼多巨行星。除此之外，這個系統還有著迄今所觀測到的最大的軌道差：最外側的行星軌道足足比最內側的遠了一千倍（要知道海王星的軌道半徑也只有水星的八十倍不到）！這個系統是怎麼形成的？這可給天文學家出了一個有趣的問題。

這顆恆星只有兩百萬年的年齡——在天文學尺度上來說這還只是幼兒時期。它周圍環繞著一個巨大的由塵埃和冰組成的圓盤，也就是我們所熟知的原行星盤，一個恆星系統中的行星、衛星、小行星等天體都是在這個盤中誕生的。

這不是這顆恆星第一次吸引天文學家的注意力了。在此之前，天文學家就在它旁邊發現了一顆「熱木星」（熱木星指一顆軌道非常靠近其母星的巨行星），那可是天文學家首次在如此年輕的恆星旁邊發現熱木星。雖然熱木星是我們發現的第一種系外行星，但是它們的存在仍然困擾著天文學家：因為它們的軌道實在是離母星太近了，所以不太可能是在那兒直接形成的。

現在，一個由劍橋大學所帶領的團隊使用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）來為這顆熱木星尋找可能的兄弟姐妹。他們發現在這顆年輕恆星的原行星盤中有三條清晰的間隙，根據他們的理論模型來看，這很有可能是由另外三顆環繞其運行的氣態巨行星造成的。

這顆名為CI Tau的恆星距離我們大約500光年，位於一個非常高產的恆星工廠中。它周圍的四顆行星有著相差甚大的軌道：如果以太陽系的尺寸做類比，最近的行星（上文提及的熱木星）軌道與水星相當，而最遠的行星軌道則超過了三倍海王星軌道。這四顆行星中靠外的兩顆質量與土星差不多，而靠內的兩顆其中一顆質量與木星相當，而另一顆約有十倍木星質量。

阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列所收集的數據。圖中清晰可見3條間隙。

Credit: Clarke et al.

這項發現可給天文學家出了不少難題。大約1%的恆星在其系統中含有熱木星，但是已知的熱木星中絕大多數的年齡都是CI Tau的上百倍。「我們在CI Tau系統中所看到的這樣極端的行星分布在含有熱木星的系統中是否普遍還很難說，因為我們用於探測CI Tau系統中其他行星的方法——通過觀測它們在原行星盤中造成的間隙——並不能被使用在年齡較大的恆星系統中，因為原行星盤是只有年輕系統才有的」，劍橋大學天文研究所的凱茜·克拉克(Cathie Clarke)教授說。

除此之外，最內側行星的極近軌道是否由外側的三顆行星所致，這又是否是產生熱木星的普遍機制，而較遠的兩顆土星質量的行星又到底是如何形成的，這些還都是謎。

「行星形成模型通常都側重於能夠正確生成我們已觀測到的種類的行星，這也是為什麼新發現往往不能被現有的模型解釋的原因」，克拉克說，「以我們現有的理解來說，土星質量的行星應該是先有一個固體內核，然後通過吸積大量氣體而形成。但是這個過程應該相當緩慢，並且發生在距離母星很遠的地方。在我們的模型中，很難在這樣的距離生成如此大質量的行星。」

研究團隊將來要做的便是在不同的波長上研究這個神秘的系統，希望能獲得更多有關其原行星盤和行星的信息。與此同時，讓我們一同期待ALMA可以做出更多令人驚訝的發現，重塑我們對行星形成的認知吧！

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