天文學家借助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,揭開了"超級木星"行星形成機制的新線索。這一發現讓巨型行星與褐矮星之間的界限變得模糊——后者常被稱為"失敗的恒星"。
氣態巨行星主要由氫和氦構成,雖可能有致密內核,卻沒有類似地球的固態表面。太陽系中木星和土星是最典型的例子,但天文學家已在系外發現許多體積遠超木星的巨型行星。其中最大的那些開始與褐矮星重疊——這類天體因無法維持氫核聚變而獲此別稱。
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科學界對這些巨型行星的誕生方式長期存在爭議。"核吸積"理論認為,巖石和冰質物質在年輕恒星周圍的盤狀結構中緩慢聚集,逐漸增長的核心最終足以吸附大量氣體,形成類似木星或土星的氣態巨行星。另一種可能是"引力不穩定性":盤中部分氣體快速坍縮形成大質量天體,這一過程更接近恒星的形成機制。
加州大學圣迭戈分校領銜的研究團隊利用韋伯望遠鏡觀測數據,在HR 8799星系中探尋這一謎題的答案。相關成果發表于《自然·天文學》期刊,指向了一個出人意料的結論。
HR 8799位于飛馬座,距離地球約133光年。該系統的行星質量驚人,達到木星的5至10倍。它們與宿主恒星的距離極為遙遠,軌道范圍在15至70個天文單位之間——即便最內側的行星,其與恒星的距離也是日地距離的15倍。行星質量跨度為5-10倍木星質量,意味著該系統中"最小"的天體也比木星重5倍。
天文學家常將HR 8799描述為太陽系的"放大版":四顆外側巨行星的排列方式類似木星至海王星。然而,這些行星的極端質量與寬闊軌道給傳統行星形成理論帶來挑戰。經典的核吸積模型認為,如此大質量的行星在年輕恒星驅散周圍氣體塵埃盤之前,根本沒有足夠時間完成形成。
三類天體的區分標準涉及多個維度:質量上,恒星最重(80倍木星質量以上),褐矮星居中(13-80倍木星質量),氣態巨行星最輕(低于13倍木星質量);能量產生上,恒星通過氫核聚變釋放強烈熱與光,褐矮星可聚變氘但強度弱得多,氣態巨行星則無核聚變;形成機制上,恒星與褐矮星通過氣體云坍縮形成,而氣態巨行星的誕生路徑正是此次研究的核心爭議所在。
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