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開普勒數據新解:小行星“安逸”成長,大行星則需“金屬搖籃”

   時間:2025-03-20 16:03 來源:ITBEAR作者:江紫萱

天文學家在對NASA已退役的開普勒太空望遠鏡的數據進行深入分析后,揭示了小型與大型系外行星形成環境的驚人差異。這一發現不僅挑戰了我們對行星形成的傳統認知,還為行星科學領域帶來了新的研究方向。

研究表明,行星的質量似乎是其軌道形態的關鍵決定因素。特別是,那些質量接近海王星(約為地球質量的17倍)的行星,成為了圓形軌道與橢圓軌道之間的分水嶺。質量較小的行星往往沿著近乎圓形的軌道穩定運行,而質量更大的行星則更傾向于擁有橢圓的軌道。

研究還發現,大型行星的形成似乎與富含金屬的恒星環境有著密不可分的聯系,這里的金屬主要指的是氧、碳、鐵等元素。相比之下,小型行星的形成則并不依賴于這樣的金屬豐度。這一發現進一步體現在它們的軌道偏心率上:小型行星的軌道偏心率較低,意味著它們的軌道更接近圓形;而大型行星則表現出較高的偏心率,軌道呈現出顯著的橢圓化。

加州大學洛杉磯分校(UCLA)的天文學家格雷戈里·吉爾伯特指出,這種軌道偏心率的突變,實際上揭示了巨型行星與小型行星在形成機制上的根本區別。這一發現不僅令人興奮,更為我們理解行星系統的多樣性提供了新的線索。

開普勒望遠鏡在其2009年至2018年的運行期間,觀測了多達15萬顆恒星,通過“凌星法”監測恒星亮度的微小變化,從而成功發現了數千顆系外行星。為了本次研究的深入進行,研究團隊精心挑選了1600條恒星光曲線數據,并開發了專門的可視化工具來輔助分析。同時,UCLA的本科生佩吉·恩特里卡也參與了數據的人工核查工作,確保了研究結果的可靠性。

盡管恒星與行星系統的復雜性和獨特性增加了分析的難度,但研究團隊通過細致的人工復核,確保了所得結論的可信度。團隊成員埃里克·佩蒂古拉坦言,正是這些恒星與行星系統的獨特“個性”,使得研究過程充滿了挑戰,但也正是這些挑戰,推動了行星科學領域的不斷進步。

基于這些發現,研究團隊提出了全新的行星形成理論。他們認為,小型行星是在原行星盤(即環繞年輕恒星的氣體塵埃環)中通過碎塊的不斷碰撞和聚集而形成的,這樣的形成環境相對穩定,有利于圓形軌道的形成。而對于大型行星而言,如果其核心質量能夠超過地球的10倍,那么它們就能迅速吸積周圍的氣體,從而形成氣態巨行星。然而,這一過程需要金屬豐度較高的恒星環境來支持。在這樣的環境中,大型行星可能通過引力擾動來“攪動”整個行星系統,導致軌道的橢圓化以及行星之間的碰撞和合并。

 
 
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