熱木星究竟為何這麼「腫」?母恆星輻射增加是關鍵

作者 | 發布日期 2017 年 12 月 03 日 11:27 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

太陽系之外,軌道非常接近母恆星的巨行星稱為「熱木星」,過去科學家一直在探討為何熱木星違反了行星演化理論,明明身材壯碩卻能依偎在母恆星身邊。來自夏威夷大學的一項新研究指出,這些巨行星可能是因為母恆星的輻射增加而膨脹,似乎已有越來越多科學證據表明,恆星本身的輻射將直接改變行星的大小和密度。



巨行星主要由氫和氦製成,直徑至少達地球 4 倍,在我們的太陽系中,木星、土星、海王星、天王星便屬於巨行星;而在太陽系外,有些巨行星的軌道緊緊挨著母星,它們稱為「熱木星」(Hot Jupiters),質量和太陽系的木星接近(1.9×1,027 公斤),但身材卻往往壯碩許多,有些甚至比最小的恆星還要大,最快只要幾小時就完成公轉週期。

與太陽系情況不同,木星軌道半徑為 5 天文單位,而熱木星的軌道與其母恆星距離只有 0.5~0.015 天文單位,自從天文學家在 17 年前首次觀測到熱木星後,他們就一直努力尋找這項答案:為何熱木星可以腫成這樣?

過去科學界已發展出一些理論來解釋熱木星的尺寸為何異常大,比如可能與流出入行星大氣的熱量有關,但新研究第一作者、夏威夷大學天文研究所研究生 Samuel Grunblatt 表示,我們沒有幾百萬年的時間去了解一個特定的行星系統如何演變,也因此這些地球膨脹理論很難被證實或反駁。

▲ 藝術家筆下的熱木星。(Source:NASA

為了解決疑問,Samuel Grunblatt 利用美國太空總署(NASA)的克卜勒太空望遠鏡找到 2 顆圍繞著奄奄一息恆星的熱木星,由於一顆質量大於 0.4 太陽質量的恆星到了生命末期後,耗盡核心的氫燃料會膨脹為一顆紅巨星、輻射增加,根據研究人員對熱木星形成提出的理論,如果從母星輸出的直接能量是主導行星膨脹的過程,那麼這 2 顆熱木星應該會像吹氣球一樣膨脹起來。而根據團隊精算,這 2 顆熱木星的公轉週期都約 9 天,尺寸比木星還要大 30%。

接著研究人員藉模型計算行星從恆星吸收的熱量、轉移到內部的效率,他們發現當熱量從外層轉移到深層內部時,行星體積增大、密度下降,研究表明,恆星輻射可能就是熱木星尺寸戲劇性膨脹的關鍵。

雖然僅以兩個樣本進行結論推斷有點冒險,但研究團隊認為,至少對熱木星的形成來講,恆星輻射確實是行星膨脹背後的推動力。最終,我們的太陽也會演變成紅巨星,隨著研究各種行星和恆星之間的關聯,能讓科學家更確定太陽未來將如何影響地球的大氣、海洋及生命。這項研究發表在《天體物理學》雜誌。

(首圖來源:夏威夷大學天文學研究所)