出生環境太混亂,聯星系統中的行星如何逃過壓碎命運成形?

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 28 日 14:02 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


在只有一顆恆星的系統中,原行星盤中物質粒子以低速運動,因此碰撞時很容易黏在一起、從而生長成行星。但在由兩顆或更多顆恆星主宰的系統中,多恆星引力帶來的攪伴效應會導致粒子以更高速度相互碰撞,因此照理說難以相黏。那麼,某些已在聯星系統中觀察到的行星是如何在這種暴力環境下成長茁壯的呢?

來自英國劍橋大學與德國馬克斯普朗克地外物理研究所的科學家們,開發了迄今為止最貼近現實的雙星系統行星形成模型。

距離太陽系最近的恆星系統「南門二」就是聯星系統代表之一,該系統是由一對互繞的恆星半人馬座 α 星 A、半人馬座 α 星 B 加上比鄰星所組成的三合星系統,天文學家已經在半人馬座 α 星 B 旁發現一顆質量相當於地球的行星「半人馬座 α Bb」。

又或者史上第一個被確認處於聯星系統中的系外行星克卜勒 16b(Kepler-16b),如果這顆星球上有生物,他們將看見天空中有 2 顆太陽,研究人員也因此暱稱這顆行星為電影《星際大戰》中的虛擬行星塔圖因。

根據理論,新生恆星周圍有一個由氫、氦、冰和塵埃等微小顆粒組成的原行星盤,在吸積過程中塵埃顆粒不斷碰撞相黏變得越來越大,如果中途停止,這顆天體可能成為類地行星;如果繼續成長,則它自身引力將足以從圓盤中捕獲大量氣體,最後形成像木星這樣的氣態巨行星。

然而這是屬於單顆恆星的行星系統形成模型。對聯星系統來說,其行星系統形成更加複雜,原行星盤內的物質粒子以更高速度相互碰撞,天文學家相當好奇行星如何在這種混亂不堪的環境下出生,一些天文學家甚至認為,這些行星應該原本是漂浮在星際空間中的流浪者,路過才被聯星系統的引力吸入定居。

研究人員於是進行了一系列模擬嘗試解開這個謎團。馬克斯普朗克地外物理研究所 Kedron Silsbee 博士表示,原行星盤雖然會透過氣體阻力直接影響微行星,但圓盤本身的引力也會改變微行星動力學,模型表明,如果微行星大小至少達 10 公里,且原行星盤本身接近圓形、沒有明顯不規則性,則某些微行星最終會相對緩慢地移動,以至於它們能黏合而非撞毀。

該模型支持了一種稱為沖流不穩性(streaming instability)的微行星形成機制,解釋某些微行星如何在碰撞中倖存下來,研究團隊希望未來模型能解釋更多類似塔圖因的系外行星起源,分析聯星系統中原行星盤的流體動力學。新論文發表在《天文與天體物理學報》(Astronomy and Astrophysics)。

(首圖為半人馬座 α 星 A、B 系統,來源:歐洲南方天文台