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翻譯：鐘藝

校譯：費思敏

編排：關(guān)關(guān)

后臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 胡永葳

原文鏈接：

在天蝎座上半部分和蛇夫座之間的區(qū)域內(nèi)115個可能的自由漂浮行星的位置

我們已知太陽系外有近5000顆行星。 如果你試著想象在這些遙遠(yuǎn)的世界或系外行星上會是什么樣子，你的腦海中大概率會想象出它們圍繞著一顆或數(shù)顆恒星公轉(zhuǎn)的樣子。

但研究人員最近發(fā)現(xiàn)，太空中的流浪行星比我們想象的要多——它們身邊并沒有恒星為其提供溫暖的陽光。這些是結(jié)冰的“自由漂浮行星”，簡稱FFPs。但它們是如何獨立存在的？又是否能告訴我們像它們這樣的行星是如何形成的?

正如我們所料，我們發(fā)現(xiàn)了越來越多的系外行星，這增進(jìn)了我們對行星的了解。其中一點是，行星和褐矮星之間的界限已經(jīng)變得越來越模糊。褐矮星是一種冷恒星，不能像其他恒星那樣進(jìn)行氫核聚變。是什么決定了一個天體是行星還是褐矮星，這一直是一個爭論不休的話題——是質(zhì)量嗎? 如果一個天體發(fā)生核聚變，它就不再是行星了嗎? 還是天體的形成方式才是決定性因素?

褐矮星僅相當(dāng)于木星的大小

大約有一半的恒星和褐矮星是孤立存在的，其余的恒星則位于恒星系統(tǒng)中，但我們通常認(rèn)為行星是圍繞恒星運行的從屬天體。 然而，近期望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的改進(jìn)使我們能夠看到太空中更小、更冷的孤立天體，這就包括FFPs——質(zhì)量或溫度都過低而不能被認(rèn)為是褐矮星的天體。

我們?nèi)匀徊恢肋@些天體具體是如何形成的。我們只知道，當(dāng)太空中一個塵埃和氣體區(qū)域向內(nèi)開始坍縮時，恒星和褐矮星就形成了。在這個被稱為引力坍縮的過程中，該區(qū)域越來越多的物質(zhì)由于重力聚集在一起，變得越來越密集。

最終，這個氣體球變得足夠致密、足夠熱，足以開始核聚變——恒星燃燒氫，褐矮星燃燒氘(氫的一種穩(wěn)定形態(tài)同位素，又稱重氫，它的原子核比氫多一顆中子)。 FFPs可能以同樣的方式形成，但永遠(yuǎn)不會大到足以開始聚變。 這種行星也有可能曾在圍繞恒星的軌道上生成，但在某個時刻被踢到星際空間。

自由漂浮的行星、褐矮星和低質(zhì)量恒星的不同特征。 13個木星的質(zhì)量常被用來區(qū)分行星和褐矮星。 請注意，大小并不代表質(zhì)量——褐矮星的大小和木星差不多，但質(zhì)量更大。

如何發(fā)現(xiàn)流浪行星

流浪行星很難被發(fā)現(xiàn)，因為它們相對體積較小、溫度更低。它們內(nèi)部熱量的唯一來源是導(dǎo)致它們形成時的坍塌所留下的剩余能量。 行星體積越小，熱量輻射出去的速度就越快。

太空中的冷天體發(fā)出的光更少，而更偏紅。像太陽這樣的恒星發(fā)射的光的峰值在可見光范圍內(nèi)，而FFP的峰值在紅外線中，直接觀測它們很有挑戰(zhàn)性，很多這樣的行星都是通過“引力微透鏡”的間接方法被發(fā)現(xiàn)的。從地球上看，當(dāng)一顆遙遠(yuǎn)的恒星處于合適的位置，它到達(dá)地球的光會被FFP的引力扭曲。

然而，通過單一的、獨特的事件來探測行星有一個缺點，那就是我們無法再次觀測到那顆行星。我們也無法看到這顆行星和它周圍的環(huán)境，導(dǎo)致我們錯過了一些重要的信息。

要直接觀察FFPs，最好的策略是鋪捉尚處年輕時期的它們。這意味著它們在形成后仍殘留了相當(dāng)?shù)臒崃浚藭r也正是它們最亮的時候。在最近的研究中，研究人員就是這么做的。

為了在一群年輕恒星中找到光芒最微弱的天體，該團(tuán)隊綜合研究了大量望遠(yuǎn)鏡拍攝的位于天蝎-半人馬星協(xié)中上天蝎的恒星群圖像。

他們利用廣域巡天的觀察數(shù)據(jù)，結(jié)合他們自己20年來該天域可見光和紅外的詳細(xì)圖片。然后，他們尋找以某種方式移動的微弱天體，這些天體是恒星群的成員(而不是遠(yuǎn)得多的背景恒星)。

該小組在上天蝎區(qū)域發(fā)現(xiàn)了70到170個FFPs，這使他們的樣本成為迄今直接識別出的最大樣本——盡管這個數(shù)字有很大的不確定性 。

被拋棄的行星

基于我們目前對引力坍縮的理解，這組恒星中似乎形成了過多的流浪行星。該研究的作者得出結(jié)論，這其中至少有10%是作為恒星系統(tǒng)的一部分形成的，是在一個年輕恒星周圍的塵埃盤中形成的，而不是通過引力坍縮形成的。 然而，在某一時刻，一顆行星可能會因為與其他行星的相互作用而被拋射出去。事實上，作者認(rèn)為這些“被拋棄的”行星可能和那些從一開始就孤立存在的行星一樣常見。

沒有恒星的照耀，流浪行星幾乎不能在可見光下被觀測到

如果地球突然轉(zhuǎn)進(jìn)太空深處你是否會感到恐慌，目前看來你大可不必?fù)?dān)心——這些事件更有可能發(fā)生在行星系形成的早期，那時有很多行星在爭奪位置。 但這也不是不可能——如果一個已建立的行星系，受到外部因素（譬如另一顆恒星）的擾動，那么一顆行星仍然可以脫離它陽光普照的家園 。

雖然要充分了解這些流浪行星，我們?nèi)杂泻荛L的路要走，但像這樣的研究仍有價值。隨著新的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的出現(xiàn)，人們可以對這些行星進(jìn)行進(jìn)一步、更詳細(xì)的研究，這可能會揭示更多關(guān)于這些奇怪世界起源的信息。

責(zé)任編輯：王延昕

牧夫新媒體編輯部

『天文濕刻』 牧夫出品

Perseverance Sol 354 Image Credit: NASA, JPL-Caltech, Processing; Kenneth Kremer