天文|宇宙中奇怪的一对系外行星挑战了公认的行星理论
「研究表明 ， 正如核星吸积理论所预测的那样 ， 围绕着低质量恒星的行星主要是“超级地球”和海王星质量级行星 。 通过测量径向速度 ， 我们发现了一个围绕着小型恒星GJ 3512的巨型行星 。 这颗巨型行星的质量是木星的0.46倍 ， 对于如此小的主恒星来说算相当大的了 。 而且 ， 科学家发现这颗行星有着奇怪的椭圆型轨道 。 动力学模型表示 ， 这颗行星的高偏心率最有可能是由于行星与行星的相互作用 。 我们用计算机生成模拟的模型 ， 以证明GJ 3512行星系对公认的行星形成理论提出了挑战 ， 并且GJ 3512行星系对行星的吸积和迁移速率施加了限制 。 在这种情况下 ， 吸积盘不稳定理论能更好地解释这类特殊系统中的行星是如此形成的 。 」
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一个不太可能的组合——小型红矮星和气态巨行星——迫使着科学家们重新思考行星如何形成 ， 以及宇宙中是否存在其它围绕微小恒星运转的巨型行星 。 加泰罗尼亚空间研究所（IEEC）的天文学家观察到一个罕见的现象：一颗类木行星围绕一颗质量不算大的主恒星运行 。这颗恒星是红矮星GJ 3512 ， 距地球约30光年 ， 其质量只有太阳的十分之一 。 然而 ， 围绕着它运行的行星GJ 3512b的质量几乎达到木星的一半 ， 且公转周期为204天 。
（图解：左-行星GJ 3512b ， 右-恒星Gj 3512；图源：BBC）
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迄今为止 ， 在宇宙中发现的4000颗系外行星中 ， 只有约10％的系外行星围绕着红矮星运行 。 红矮星是最常见的恒星 ， 通常小于60%太阳质量 。 但由于红矮星微小昏暗 ， 我们很难在广阔的夜空中看见它们 。
（图解：红矮星；图源：NASA）
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在《科学》杂志上发表的研究表明 ， 这颗恒星与其它红矮星不同：其运动速度极快 ， 暗示着它附近有一个大质量天体 。 胡安·卡洛斯·摩拉里斯（IEEC的天文学家、研究的主要作者）回忆道 ， 当第一次发现红矮星-气态巨行星这个奇怪的组合时 ， 他们还以为这是一个双星系统 ， 因为行星系正释放出强烈信号 。 “我们非常惊讶 ， ”莫拉利斯对《Inverse》说道 ， “这类行星很罕见 ， 理论上低质量的恒星通常只拥有小型行星 ， 类似于地球或小型海王星 。 ”
（图解：从左至右 ， 第三颗行星为地球 ， 第八颗行星为海王星；图源：wiki）
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红矮星GJ 3512和行星GJ 3512b的存在 ， 挑战了现有的行星形成模型 。 被公认的“核心吸积理论”认为 ， 在引力作用下 ， 小颗粒会聚集形成大颗粒 ， 大颗粒聚集形成更大的颗粒 ， 当质量足够大时 ， 一颗行星就形成了 。 核心吸积理论虽然能够很好地解释类地行星的形成 ， 但在解释气态行星的形成时就显得牵强 。 按照核心吸积理论 ， 气态行星形成需要几百万年的时间 ， 这比早期太阳系所能够提供气体原料的时间要长得多 。
（图解：核心吸积理论示意图；图源：Nature）
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至今 ， 科学家们还在继续研究其它系外行星 ， 以确定更符合真实情况的理论 。 他们认为 ， 新发现的系外行星GJ 5312b可能是原行星盘破裂成团块时形成的 。 “这些团块不断变大 ， 直到形成行星 ， ”莫拉利斯说 ， “根据这个假设 ， 行星形成的过程会很快 ， 而且能够有大型行星形成 。 ”
（图解：吸积盘不稳定理论示意图；图源：Nature）
围绕着这颗极小恒星的不仅有行星GJ 5312b ， 天文学家们还发现了这个不寻常体系中第二颗行星的迹象 ， 这颗行星的质量是海王星的3至4倍 。 莫拉利斯说：“为了明确第二颗行星特征并找寻更多信号 ， 我们会继续观察这个行星系统 。 ”除此之外 ， 这个科研团队还对近300个矮星进行测绘 ， 希望能够发现更多类似的红矮星-气态巨行星系统 。
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（图解：GJ 3516b的公转轨道；图源：Science)
作者: Passant Rabie
FY: Gogo
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