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GJ 3512b:理论上应该不可能存在的行星

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瑞士伯尔尼大学(University of Bern)天文学家Christoph Mordasini等人与CARMENES西班牙德国联合研究联盟,意外在红矮星GJ 3512旁发现一颗巨行星,其质量比理论模型预测红矮星旁可拥有的行星质量还大许多,这些天文学家感到相当意外,直呼它是颗不可能存在的行星。

GJ 3512b:理论上应该不可能存在的行星插图
艺术家想像蓝色的类似木星的巨行星环绕低温红矮星公转的景象。 蓝色的类似木星的巨行星。

GJ 3512距离地球约30光年,质量仅太阳的1/10。理论上,这种大小的红矮星只会拥有约地球或超级地球大小的行星,但近期发现它有一颗系外行星GJ 3512b,质量几乎是木星的一半,也就是说,至少是理论中GJ 3512的行星应有质量的10倍以上。

CARMENES致力于在最小的恒星周围搜寻系外行星。为达到此目的,他们建造一座新仪器,一台红外光谱仪,装设在西班牙南部海拔2100公尺高的卡拉阿托天文台(Calar Alto Observatory)中。红外光谱资料显示:这颗恒星会规律的接近地球又远离地球,显然有颗绕着它转的伴星在拉扯它,而且这颗伴星的质量不会太小。由于这个发现太过意外,CARMENES联盟联系在行星形成理论领域相当专业的Mordasini研究团队,讨论这个伴星是巨行星的可能性。相关论文发表在「科学(Science)」期刊中。

Mordasini等人的行星形成和演化模型预测:在小型恒星周围会形成大量小型行星,例如和GJ 3512差不多大的著名Trappist-1系统,就含有7颗质量与地球相当或比地球小的行星,观测事实与Mordasini等人的理论预测相符。但这个理论预测对GJ 3512系统就不灵光了。他们认为其中一项可能的原因是理论模型中的行星形成机制,所谓的核积聚(core accretion)导致的。一般认为行星是从小天体逐渐累积长大到行星这样的质量等级,Mordasini等人称之为「下而上过程(bottom-up process)」。

或许GJ 3512b这颗巨行星是在不同的形成机制下诞生的,称之为「重力塌缩(gravitational collapse)」。在恒星周围的气体盘中,行星是因自身重力直接收缩形成的,这是所谓的「上而下过程(top-down process)」。但即使是这个解释,仍有无法解释的问题,例如:为何行星GJ 3512b没继续长大,并迁移到离母恒星比较近的地方?你一定会期望:气体盘的质量足以让它在重力作用下变得不稳定,从而让行星能继续长大的同时还向恒星接近。因此,系外行星GJ 3512b是个非常重要的发现,让天文学家能厘清在低质量恒星周围的行星究竟是如何形成的。

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作者: thinkou

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