新行星成因不明 顛覆目前兩大天文學說

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【大紀元2010年12月10日訊】(大紀元記者黃凱熙編譯報導)美國夏威夷凱克天文台(W. M. Keck Observatory)發現HR8799這顆非常年輕且明亮的恆星,擁有一個已知的天文學知識無法解答的神秘行星環繞。距離地球130光年的HR8799恆星的這顆行星的出現,顛覆了目前的天文學說所認定的行星形成理論。

新發現的HR8799第四顆行星,至少是木星的七倍大,其大小和兩年前發現的另外三顆行星差不多,但第四顆行星是首次被天文學家追蹤發現到的另一顆HR8799的行星。

夏威夷凱克天文台是在15個月前,拍攝到HR8799第四顆行星的行蹤,它在距離HR8799大約14.5「天文單位」(astronomical units,AU)的環繞軌道上運行,也就是在地球與太陽間14.5倍的距離上,環繞母星運轉。這顆新行星的運轉軌道,比先前發現的三顆行星更接近母星;這三顆行星與母星的距離,分別在25、40及70天文單位之間運行。

目前第四顆行星的形成仍充滿神祕而難以解釋的現象,由於它與一般構成巨型行星且產生新星體的模式完全不同,所以天文學家至今無法解釋,第四顆行星是如何在HR8799星系中產生的。

現今的天文學上,有兩套產生新行星的理論:一為「塵埃盤不穩定模型」(disk instability model);另一為「核吸積模型」(core accretion model)。兩種模型理論都是認定從旋轉中的分子雲中心,開始誕生星體。理論認為當分子雲開始旋轉時,會逐漸形成扁平且盤面狀的物質;盤面中的塵埃逐漸聚集長大而成為恆星誕生的「種子」。經過這個過程之後,「塵埃盤不穩定模型」與「核吸積模型」所產生的恆星,才分別以不同的形式誕生出其周圍的行星。

「核吸積模型」認為恆星會從「原行星核」(proto-planetary core),再經過數百萬年的時間,逐漸累積成固體物質,而形成數倍地球質量的大小星體,之後才藉由如此龐大的重力捕捉大量氣體,再經數百萬年後,才形成一顆環繞它的氣體巨行星。這種理論認為恆星及其盤面物質,必須含有大量重元素才能形成原行星核。

「塵埃盤不穩定模型」則認為,恆星還在形成階段,所以塵埃盤形成之後會迅速變得不穩定,導致盤面分裂成一些巨大的團塊;各團塊受恆星重力吸引而向內塌縮,僅需經過幾百年的時間就可形成氣體巨行星。但這種方式形成的氣體巨行星可能就不會擁有固態核心。

然而,無論是套用到以上的哪一個理論上,都無法解釋HR8799的第四顆行星,是如何在這個星系上形成,且能在與母星的這種距離軌道上運行。因為「塵埃盤不穩定模型」所形成的行星,會在距離母星30 AU以下的軌道上運行;而「核吸積模型」所形成的星球,則會在20AU以上的軌道上航行;顯然繞行HR8799恆星的第四顆行星,與母星的距離是14.5AU,完全低於以上兩種理論的運行範圍,也顛覆了以往的天文學說理論。

因此,天文學家認為此顆新發現的行星形成的過程,有可能是混合兩種理論所產生的星體,但研究學者還是無法確定這種推論和解釋是否正確,因為混和模型並不能產生這樣的星球團塊和運轉動力。

另一個可能的推論則認為,第四顆行星可能是HR8799恆星的一個「異常巨型塵埃盤」(unusually massive disk of dust)。這個理論推測HR8799恆星,可能曾是一個非常稠密的原行星盤,在這個時期的星體,具有吸引其他行星在其四周環繞的引力。此時的恆星若是經由「塵埃盤不穩定模型」所形成的,就會迫使新行星向內更靠近母星;若母星是由「核吸積模型」所形成,則行星會從母星向外的距離擴散。

此次重大發現的研究員Christian Marois,是加拿大國家研究理事會的一位天文學家,他對天文科技媒體《Space》表示:「我們還需要模擬這套理論的運行,來確定它是否足以解釋目前新發現的外星系行星的誕生。因為這套理論顯然難以解釋,這顆恆星可以拖引四顆巨型行星到數十AU的距離,並且在一或兩顆行星外擴的過程中,還維繫住它們與母星的環繞運行軌道。」

Marois還說:「我們希望對HR8799恆星再多做觀察,看看是否還會找到其他環繞它的行星。我們也希望對這四顆行星,多做一些詳細的觀測,以找出更多行星的環境、物理與化學物質的資料。擁有其他行星與這些行星的詳細資料比對,可以找出更多星體誕生的線索。也可以為目前人類所掌握的星體誕生天文知識,開啟一線開創性的曙光。」

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