恒星一定比行星重嗎？這顆“被禁止”行星，打破刻板印象！

這顆“被禁止”的系外行星，對(duì)于其恒星來(lái)說(shuō)，質(zhì)量太大了

"這一發(fā)現(xiàn)讓我們意識(shí)到，我們對(duì)宇宙的了解是多么膚淺。我們不會(huì)想到，在這樣一顆低質(zhì)量恒星周圍會(huì)存在一顆如此沉重的行星"。

圖為一顆大質(zhì)量行星圍繞一顆小質(zhì)量恒星運(yùn)行

(圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)）

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆巨大的太陽(yáng)系外行星，或稱 "系外行星"，它圍繞一顆超冷矮星運(yùn)行，而這顆矮星太小了，根本無(wú)法承載這樣一個(gè)世界，這對(duì)科學(xué)家們關(guān)于行星和行星系統(tǒng)如何誕生的模型提出了挑戰(zhàn)。

這顆被命名為L(zhǎng)HS 3154 b的行星的質(zhì)量是地球的13倍，這意味著它的質(zhì)量與太陽(yáng)系冰巨海王星相似，但它卻緊緊地圍繞著一顆質(zhì)量比太陽(yáng)小9倍的小矮星運(yùn)行。

這意味著這個(gè)類似海王星的世界與其母恒星--位于大約51光年之外的LHS 3154--之間的質(zhì)量比是地球與太陽(yáng)之間質(zhì)量比的100倍，研究人員認(rèn)為這不可能發(fā)生。這是第一次在宇宙中較小的恒星周圍發(fā)現(xiàn)質(zhì)量如此大的行星。

"這項(xiàng)研究的合著者、賓夕法尼亞州立大學(xué)天文學(xué)和天體物理學(xué)維恩-威拉曼（Verne M. Willaman）教授蘇夫拉特-馬哈德萬(wàn)（Suvrath Mahadevan）在一份聲明中說(shuō)："這一發(fā)現(xiàn)讓我們真正認(rèn)識(shí)到，我們對(duì)宇宙的了解是多么膚淺。"我們不會(huì)想到，在這樣一顆低質(zhì)量恒星周圍會(huì)存在一顆這么重的行星"。

挑戰(zhàn)恒星和行星的誕生過(guò)程

恒星是由大量的氣體和塵埃云積聚成密度過(guò)高的斑塊而形成的，這些斑塊不斷增大，最終在自身引力的作用下坍塌。這樣，一顆幼年恒星就被稱為 "原行星盤 "的殘留物質(zhì)所包圍。

顧名思義，科學(xué)家認(rèn)為行星最終就是從這個(gè)殘留物質(zhì)盤中誕生的。恒星形成過(guò)程中遺留的物質(zhì)數(shù)量為這些潛在行星的大小設(shè)定了限制。

研究小組確定，LHS 3154 b 的行星內(nèi)核非常重，因此它所來(lái)自的行星形成盤必須擁有大量的固體物質(zhì)。賓夕法尼亞州立大學(xué)天文學(xué)研究生梅根-德拉默（Megan Delamer）解釋說(shuō)，簡(jiǎn)而言之，它必須擁有比當(dāng)前模型預(yù)測(cè)的更多的物質(zhì)。

因此，發(fā)現(xiàn)這顆特殊系外行星后，人們也提出了關(guān)于恒星形成的問(wèn)題。這是因?yàn)長(zhǎng)HS 3154最初的原行星盤中塵埃與質(zhì)量的比率和塵埃與氣體的比率必須比預(yù)測(cè)值高出10倍，才能誕生像LHS 3154 b這樣大質(zhì)量的海王星般的世界。

馬哈德萬(wàn)解釋說(shuō)："低質(zhì)量恒星LHS 3154周圍的行星形成盤，預(yù)計(jì)不會(huì)有足夠的固體質(zhì)量來(lái)形成這顆行星。"但它就在那里，所以現(xiàn)在我們需要重新審視我們對(duì)行星和恒星如何形成的理解。"

(左）地球-太陽(yáng)系統(tǒng)（右）新發(fā)現(xiàn)的系外行星 LHS 3154 b 及其恒星系統(tǒng)（圖片來(lái)源：賓夕法尼亞州立大學(xué)）

宜居帶行星探測(cè)器超出預(yù)期

馬哈德萬(wàn)及其同事利用德克薩斯州麥克唐納天文臺(tái)霍比-埃伯利望遠(yuǎn)鏡的天文攝譜儀--宜居帶行星探測(cè)器（HPF）探測(cè)到了系外行星LHS 3154 b。HPF的設(shè)計(jì)目的是在系外行星圍繞銀河系中一些最冷的恒星運(yùn)行時(shí)探測(cè)它們。

實(shí)際上，馬哈德萬(wàn)和一個(gè)團(tuán)隊(duì)一起協(xié)助建造了這臺(tái)儀器，其重點(diǎn)是那些離恒星既不太近也不太遠(yuǎn)的行星，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法承載液態(tài)水，而液態(tài)水是生命的一個(gè)關(guān)鍵條件。這些行星位于恒星周圍所謂的宜居帶。

這類行星不容易被發(fā)現(xiàn)，部分原因是冷恒星的宜居帶比太陽(yáng)系的宜居帶更靠近這些恒星。這意味著，這些行星經(jīng)常被其相對(duì)較小的母恒星發(fā)出的光線所遮擋。

此外，預(yù)計(jì)這些行星本身也很小，因此更難被探測(cè)到?！跋胂肟矗阈蔷拖袷且欢洋艋??；鹪嚼洌憔驮叫枰拷鸲讶∨??！瘪R哈德萬(wàn)說(shuō)，“行星也是如此。如果恒星更冷，那么行星就需要離恒星更近，這樣它才會(huì)足夠溫暖，能夠承載液態(tài)水?！?/p>

"如果一顆行星與其超冷恒星的軌道足夠接近，恒星光譜或光線的顏色在受到軌道行星牽引時(shí)發(fā)生了非常微妙的變化，我們就可以通過(guò)觀測(cè)這種變化，來(lái)探測(cè)這顆行星?！?/p>

- 10顆最像地球的系外行星

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探測(cè)LHS 3154 b對(duì)HPF來(lái)說(shuō)非常重要，因?yàn)樗@示了該儀器具備提供重要系外行星結(jié)果的潛力。團(tuán)隊(duì)成員、普林斯頓大學(xué)NASA薩根天體物理學(xué)研究員表示，這一結(jié)果超出了對(duì)該儀器的所有預(yù)期。

"我們的發(fā)現(xiàn)為所有現(xiàn)有的行星形成理論提供了一個(gè)極端的測(cè)試案例，"Mahadevan 總結(jié)道，"這正是我們建造HPF的目的，發(fā)現(xiàn)銀河系中最常見的恒星是如何形成行星的，并找到這些行星。”

BY: Robert Lea

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