流浪行星

流浪行星

流浪行星指不繞任何恆星公轉的行星。雖然不圍繞任何星體公轉,卻具有行星質量。它們或是受到其它行星等天體(例如:熱木星的形成階段)的引力影響而被拋出原本繞著公轉的行星系統,或是在行星系統形成期間被彈射出來的原行星,以致流浪于星系或宇宙之中。2011年科學家利用重力微透鏡法首度證實星際行星的存在,並推測銀河系內木星大小的星際行星數量有恆星的兩倍之多。雖然它們在星際中流浪,但不代表它們沒有生命,可是其上存在的生命可能也隻是如細菌般的微生物。

  • 中文名稱
    流浪行星 
  • 外文名稱
    Rogue planets
  • 含 義
    不繞任何恆星公轉的行星 
  • 類 別
    行星

特徵

一般人或許會認為:該等行星在沒有太陽的環境下,其溫度一定接近絕對零度。但在1999年戴維·史提芬遜(David J. Stevenson)發表的論文則提出不同的看法,文中提及被逐出太陽系的行星,由于有"放射性熱力散失"(radiative heat loss),因此在冰冷宇宙中,它們或可保留氣態的濃密大氣層,因此有可能不會被凍結。此推論以大氣的阻光度來推測的,大氣越濃密,阻光度越高,因此濃厚的氫氣可阻擋不少放出的紅外線,保留熱力。

流浪行星流浪行星

另方面,有認為在行星系統形成期間,有不少較小的原行星會被彈射出該系統。由于距離太陽越遠,行星所接收的紫外線會越少,其空氣分子的動能也會越少,在這種情況下,重力與地球相近的行星可保留其氫氣和氦氣

流浪行星流浪行星

通過計算,一個與地球體積相近的行星,在一個千巴氫氣的大氣壓力下,其核心的放射性同位素發生衰變所產生的地熱能可把表面溫度上升至水的熔點,因此有認為該等行星或有海洋存在。他們也認為該類行星的地質活動可持續極長的時間,通過地質活動產生磁層抵御外來輻射,以及海底火山活動,能為行星的生命提供能量,所以其上是有可能有生命的。但要偵測該類行星的存在可謂十分困難,因相對于宇宙背景輻射,它們所釋出的微波會顯得極弱。

同時,氣態流浪行星周圍也有可能有像木星般龐大的衛星系統。在其衛星群與流浪行星的潮汐作用下可保有熱力,所以可能存在生物。衛星上也有可能存在靠分解衛星上的物質獲得能量的微生物。

發現

2011年天文物理重力微透鏡觀測(Microlensing Observations in Astrophysics (MOA))和光學重力透鏡實驗(Optical GravitationalLensing Experiment (OGLE))團隊利用重力微透鏡觀測法在銀河系中心發現了數個星際行星,並推測銀河系內木星大小的星際行星數量將近有主序星數量的兩倍。

2012年11月14日,加拿大蒙特利爾的科學家們發現了一顆流浪的行星。這顆星球暫時被命名為CFBDSIR2149,體積為木星的7倍。它的年齡大約在5000萬到1.2億年之間,溫度在400攝氏度左右。它是劍魚座AB移動星群的組成部分。該星群由約30顆年輕的恆星組成。

玫瑰星雲,一個距離地球約4600光年,位于麒麟座的巨型塵埃氣體雲團,觀測顯示其中包含有數以百計的小型圓球狀團塊。行星或褐矮星可能可以從這些小型團塊中形成。天文學家們的觀測還發現,這些小型的塵埃團正從玫瑰星雲快速離開,速度達到每小時8萬公裏左右, 研究人員認為光是在我們銀河系中就存在有超過2000億顆這樣的行星體。主流科學界還一直認為這些流浪行星都是形成于恆星周圍,後來由于某種機製而被"踢"出了行星系而流落空間,而一項最新研究對這一看法提出了質疑。

形成之謎

一項最新天文研究表明,當一顆恆星以猛烈超新星形式死亡時,其行星系統內的行星可能以彈出軌道或者被釋放漫遊在星系之中而幸存下來。

這項理論提供了迄今發現的許多"流浪行星"的形成之謎,並意味著銀河系內可能存在著更多自由漫遊的行星。英國劍橋大學天文學家迪米特裏-薇拉斯(Dimitri Veras)是該項研究負責人,他說:"由于每顆恆星都將死亡,因此將足以引發大量行星被噴射,因此在星系中可形成大量自由軌道運行的行星。我們並不知道這些流浪行星的普遍程度,但是觀測證據顯示在恆星之間漂浮的行星數量遠超過環繞其軌道的行星。"

同時,這項最新研究暗示在非常罕見的情況下,許多幸存行星可能與超新星殘骸相結合,在恆星爆炸後遺留的中子星或者黑洞周圍發現一個新的運行軌道。

"二體問題"

這項基于復雜電腦模型的最新理論將二體問題(two-body problem)考慮在內,作為經典力學公式,二體問題有助于探測兩個相互影響天體的軌道,從環繞在一顆原子核周圍的電子,至環繞一顆恆星的行星。

隻要天文學家能測量出兩個天體的質量、位置和速度,他們便能使用簡單數學方程式測試出它們的過去和未來。薇拉斯稱,由于恆星在步行死亡階段中將損失質量,該現象適合于套用二體問題進行分析。在這項情形下,我們並不知道是否通過一個方程式便能完全解決,因此在許多情況下我們必須使用電腦來模擬它們的運行軌道。

依據電腦模型,至少是太陽7-10倍質量的恆星才能演變成為超新星,這股強大的恆星爆炸可以吞並任何內部行星,它們的軌道範圍是地球和太陽之間距離的數倍。

在地球-太陽距離數百倍的軌道運行行星將最終軌道破壞和拉長,最終被彈至星際空間之中。在某些情況下,這些陷入混亂之中的行星除穩定環繞在超新星殘骸周圍的軌道上,它們將被彈至更遙遠的太空軌道。

這些行星可能繼續非常遙遠地環繞在脈沖星以及黑洞的恆星殘骸,它們不會被強烈引力所吞並,但除那些被燒焦的死亡恆星之外。因此位于行星系統邊緣的行星就更容易被剝離,在其它幾顆恆星的引力作用下沒有固定的運行軌道,形成流浪行星。

數十億顆系外行星在太空軌道?

2011年5月,一支天文學家小組描述現已觀測到10顆行星獨立漫遊穿過星際空間。美國賓夕法尼亞州大學天文學家施坦因-希古拉德森(Steinn Sigurdsson)稱,這項最新驅逐機製可能解釋那些新生行星如何逃離它們的行星系統。

但是希古拉德森警告還可能有其它的方法適用于解釋行星如何被踢出它們的行星系統。其它的解釋是行星間的散射效應,超大質量行星將其它行星踢出原先的運行軌道,一些行星將像不受束縛的流浪一樣駛向外太空。

希古拉德森強調,很可能是兩種機製結合在一起形成流浪行星,基于行星散射效應使行星處于較廣泛的軌道範圍,之後超新星爆炸將它們從行星系統內噴射出去。無論哪種形式,他認為這兩種可能性都會促使大量自由漂浮的行星形成,預計大約有數十億顆流浪行星存在著。

被彈出的很可能孕育外星生命

這項研究中最令人好奇的一個問題是或許生命體可能存在于這些流浪行星上。"行星獵人"約翰-戴伯斯(John Debes)稱,許多科學家支持這一觀點,如果某顆流浪行星具有足夠的內部熱量,並已支持地表下岩石層生命體。月球像木衛二一樣,其表面受木星潮汐定期地加熱(由于與其它衛星之間的恆定互動性產生的),它具備孕育幸存生命體的最佳溫床。據悉,戴伯斯是美國宇航局戈達德太空飛行中心一位博士後生。

戴伯斯說:"地球擁有保持生命體存在的必要條件,如果存在著一顆被踢除軌道之外的地球衛星,那麽它極有可能孕育生命。同時,生命也可以不需要在一定條件下的主恆星也能孕育產生。

科學家研究顯示在無主恆星的行星系統中,氣候學、地球動力學和生物地球化學過程也能產生生命體,尤其是那些具有熱液噴口的地下海洋,流動的能量流足以運行一個生物圈。

雙星際系統

蛇夫座162225-240515(Oph 162225-240515),或簡稱為蛇夫座1622,是第一對發現的星際行星雙行星系統。天文學家利用歐南天文台(ESO)望遠鏡,發現了一對雙行星,其中一顆子星的質量隻有7倍木星質量,另一顆較大的子星也隻有14倍木星質量年齡可能隻有100萬年左右,相距距離則約為240天文單位(約冥王星到太陽的6倍),距離地球約400光年遠,位在蛇夫座方向一個恆星誕生區中。

流浪行星

預測數量

為了搜尋這些流浪者,天文學家們將望遠鏡指向圍繞銀河系核心的一片區域,稱為 "銀河核球"。利用引力微透鏡效應,科學家們首次成功地找到10顆木星質量的流浪行星。隨後,科學家們根據探測效率,微透鏡事件發生概率,以及恆星和行星發生微透鏡事件的幾率對銀河系中這樣的流浪行星總數進行了估算。他們得到的最終結果是大約4000億顆。這一數位遠遠超過銀河系中主序星的數量.幾乎相當于銀河系中全部恆星數量的兩倍。

流浪行星

科技日報訊據美國《大眾科學》網站10月11日訊息稱,一組國際天文學家團隊日前發現了一顆非常奇怪的年輕行星,其並沒有圍繞任何恆星運行,但卻"表現"的與一般正圍繞恆星運轉的行星相同。該星的發現極不容易,但卻能證實科學家長期以來的某部分猜想。而其距離地球僅有大約80光年,各種條件尤其利于開展探測工作,因此將幫助人們極大的推進對木星等氣態巨行星形成初期性質的了解研究。

"流浪行星"指徒具有行星質量,卻不繞任何恆星公轉的行星。它們被踢出原本所在的星系可能有多種原因,包括和其他行星之間的相互引力作用,過分靠近的其他恆星產生的引潮力,或者中央恆星發生超新星爆發或變為黑洞的影響等。2012年一項模擬研究顯示,恆星甚至黑洞周圍可能都存在著流浪行星,數量或遠遠超預期,不過不太可能與地球相撞。

天文學家一直熱衷于追蹤"流浪行星",因為這些家伙名字聽起來雖然很不羈,但卻不代表它們失去了保有生命的可能。同時,氣態流浪行星周圍,更有可能有擁有木星般壯觀的衛星群,它們在與流浪行星的潮汐作用下可保有熱力,所以也可能存在生物--當然,隻會是細菌等微生物。

新發現的這顆正"自由行動"的行星,就屬于氣態流浪行星,編號為PSO J318.5-22。該星原本寒冷而黯淡,比金星的可見光波段亮度都要低大約1000億倍。但是位于夏威夷毛伊島上的Pan-STARRS1廣域巡天望遠鏡,仍然借助對其暗弱而具特征性的光譜信號的觀測識別出了它的蹤跡。據該研究合作者、夏威夷大學天文研究所的艾格文·麥格尼爾描述稱,從望遠鏡採集的資料裏分析搜尋到這樣一種罕見天體的工作非常不易,好比是在茅草堆裏尋找一枚針一樣。

這顆行星與地球之間的真實距離為80光年,其質量僅相當于木星的6倍左右,年齡據估算僅有大約1200萬年,屬于新生級別。

即將發表在《天體物理學快報》上的一篇論文將詳細講述該發現的有關內容。論文第一作者、同樣來自夏威夷大學天文研究所的邁克爾·劉表示,在此之前人們還從未見過如此在太空自由自在飛行的天體--它明明就擁有那些圍繞恆星運行的年輕行星的全部特征,但其又確確實實是宇宙中一位流浪漢。科學家曾經一直想知道這樣的天體是否真實存在,而這一點被證實了。該"流浪行星"很可能會是迄今已知自由運動的質量最小的天體,但"五髒俱全"的擁有了與其他系外行星幾乎完全相似的質量、顏色及能量特征,更妙的是其周圍沒有恆星的幹擾,因此直接成像會容易很多。而在過去的十年內,科學家發現的大量系外行星中,礙于各種製約條件,隻有極少數情況下才可以對行星進行直接成像觀測。

流浪行星PSO J318.5-22流浪行星PSO J318.5-22

發現過程

PSO J318.5-22行星,是在科學家們開展對一類失敗的恆星,即褐矮星(褐矮星由于其相對較低的溫度,褐矮星顯得非常暗淡,也因此一般顯示出紅色)的搜尋工作時被發現的。借助對其暗弱而具特征性的光譜信號的觀測,位于夏威夷毛伊島上的Pan-STARRS 1 (PS1)望遠鏡識別出了這一天體。隨後利用同樣位于夏威夷群島的其它望遠鏡開展的後續觀測顯示,這顆行星擁有與那些圍繞年輕恆星運行的氣態巨行星相似的特征。

流浪行星

夏威夷大學天文研究所一直在對來自PS1望遠鏡收集的資料進行分析。PS1望遠鏡每天晚上都會對整片天空進行一次掃描,其探測器的敏感度足以感知暗弱的褐矮星發出的熱信號。

研究小組隨後利用設在夏威夷莫納克亞山頂的其它大型望遠鏡設備對PS1望遠鏡的發現進行了後續觀測。美國宇航局紅外望遠鏡設備以及北雙子望遠鏡拍攝獲取了目標的紅外光譜資料,根據其紅外光譜特征判斷,PSO J318.5-22行星並非一顆褐矮星,它是一顆年輕的,小質量的天體。

加拿大-法國-夏威夷望遠鏡(CFHT),研究組對PSO J318.5-22在天空中的位置進行了長達兩年的跟蹤,通過在此期間獲得的資料,研究組確定了其與地球之間的真實距離。通過這一距離數值(80光年),加上考慮其在空間的移動特征,研究組得到結論:PSO J318.5-22屬于一個名為"繪架座B"的移動星群,這個星群大致是在1200萬年前形成的。事實上其中最主要的一顆恆星--繪架座B本身就擁有一顆年輕的氣態巨行星正圍繞其運行。PSO J318.5-22的質量比那顆圍繞繪架座B運行的恆星還要小,很有可能是經由某種不同的機製形成的。[

藝術示意圖藝術示意圖

特點

PSO J318.5-22行星,沒有圍繞任何恆星運行,因此對其開展研究工作也就要容易得多。它將有望幫助我們大大推進對那些氣態巨行星,如木星,在其形成初期性質的研究工作。PSO J318.5-22行星還顯得有些特別,因為它比那些最紅的褐矮星還要紅。

相關詞條

其它詞條