小恒星附近發現巨行星

編譯 夏冰

天文學家最近發現了一顆巨行星。然而，他們表示，根據現有理論，這種行星不應該存在。

相較它環繞的恒星來說，這顆類木行星大得有點不同尋常，甚至挑戰了天文學家對行星形成機制的普遍觀點。

這顆距我們284萬億千米的恒星是顆M型紅矮星——我們銀河系中最常見的類型。前不久，一個天文學國際團隊在《科學》雜志上公布了這項發現?！斑@個發現很令人激動，因為我們一直都有這樣一個疑問：像木星和土星這樣的巨行星可以在那么小的恒星附近形成嗎？”英國華威大學教授彼得·惠特利（Peter Wheatley）說，他并沒有參與這項研究。

這顆紅矮星的質量當然要比環繞它運動的行星（GJ3512b）大，但它們之間的質量差距要比太陽和木星之間的質量差距小得多。這顆遙遠恒星的質量最多只比它的行星大270倍。而太陽的質量大約比木星高出1 050倍。

天文學家借助位于西班牙的卡拉阿托天文臺發現了這顆恒星。他們運用計算機模擬展示了行星形成理論：塵埃和氣體構成的“原始行星盤”環繞著剛出生不久的恒星運動，隨著時間的推移，行星就在這些氣體云中誕生。這類模擬預測，質量微小的M型矮星附近應該聚集著大量小型行星。

“在這類恒星周圍，應該只能存在地球這么大的行星，最多也就是超級地球那種大小?！比鹗坎疇柲岽髮W教授、《科學》這篇文章的聯合作者克里斯多夫·莫達希尼（Christoph Mordasini）說。恒星Trappist-1的行星系統就是完美符合這個理論的真實例子。

Trappist-1這顆距太陽369萬億千米（約39光年）的恒星擁有7顆行星，每一顆的質量都大致等于或略微小于地球。

“然而，GJ3512b是一顆質量大約有木星一半的巨行星。這意味著它的質量至少要比理論模型預測的大一個數量級?！蹦_希尼教授說。因此，這項發現挑戰了天文學家此前普遍秉持的以核心吸積為基礎的行星形成理論。

“我們通常認為巨行星起始于一個冰核，它們往往處在環繞年輕恒星運動的氣體云的外側，通過不斷吸收氣體迅速增大質量?！被萏乩淌谡f，“但這篇文章的作者們提出，小恒星周圍的吸積盤提供不了那么多氣體。相反，他們認為更有可能出現的情況是：當行星盤的某部分因為自身引力而坍縮時，就迅速形成了巨行星。”

《科學》這篇文章的作者提出，當行星盤中的氣體和塵埃的質量超過母恒星的1/10時，這種坍縮就會出現。在這種情況下，恒星的引力效應不足以讓行星盤保持穩定。

于是，行星盤中的物質就會向內收縮，形成一個由引力束縛的物質團塊。隨著時間的推移，這個團塊逐漸形成了行星。這個觀點預言，這類坍縮發生于行星盤的極外側，而通過核吸積形成的巨行星可以出現在離恒星近得多的地方。

2017年，幾位天文學家撰文介紹了由位于智利的英國望遠鏡發現的氣態巨行星NGTS-1b。惠特利教授正是文章的一位作者。NGTS-1b的母恒星也是一顆M型紅矮星，距我們約5 000萬億千米（600光年）遠。相對母恒星的質量而言，NGTS-1b同樣大得驚人。

“NGTS-1b的母恒星比較小，但比最新發現的這個GJ3512b還是大了不少。或許，NGTS-1b代表了能夠通過核吸積方式產生近距離巨行星的最小母恒星。比它還小的恒星要想產生巨行星，就只有通過行星盤極遠處的引力坍縮模式了，就像《科學》那篇文章的作者提出的那樣?！被萏乩淌谡f。

“這類預測價值連城，對未來的研究具有導向作用，還能讓我們檢驗自己的理論模型是否正確?！?/p>

實際上，這篇文章的作者也提出，GJ3512b一定遷徙了相當長的一段距離，才出現在了現在的位置。這段距離應該略少于1天文單位（1.5億千米）。

GJ3512b的公轉軌道呈橢圓形，公轉周期204天。大部分時候，GJ3512b與母恒星之間的距離要小于水星與太陽之間的距離。這顆氣態巨行星的偏心軌道表明，更遠處還有其他巨行星，后者會讓GJ3512b的軌道變形。

文章的一位聯合作者、德國海德堡馬克斯·普朗克天文研究所的休伯特·克拉爾（Hubert Klahr）說：“在此之前，形成過程和行星盤不穩定理論相符的行星就只有一小部分年輕、熾熱且質量極大的行星，它們都離自己的母恒星很遠?！?/p>

“GJ3512b的出現，讓我們有了一個特別的候選者。它代表了在極小質量恒星附近因行星盤不穩定而誕生的那些行星。這個發現提醒我們，得重新審視現有模型了。”