【天文科學】超密緻天體可能是一種新的行星

■ 透過太空望遠鏡發現的星體可能是在太空漫遊的冰巨星剩餘物。

壓縮行星可能是冰巨星在靠近其星系太陽時外層剝落後剩下的部分。 圖片出處:NASA/ESA/C.CARREAU

編譯│張孝耘

英國皇家學會(Royal Society)於上週在倫敦舉行系外行星(exoplanet) 研討會,會中發表結果表示,在太陽系外面出現的神秘密緻天體可能是類似海王星的冰巨星(ice giants)漂移到其星系太陽附近後的剩餘物。

自2009年美國太空總署啟動尋找系外行星的克卜勒太空任務(Kepler space mission)以來,其中最令人費解的發現就是那些和體積不成比例的超重星體。對於用太空探測器偵測到的遙遠行星,天文學家偶爾能夠估算出質量和體積,其中有一些半徑和地球差不多,但密度大於純鐵。

沒有一個傳統行星形成理論能解釋這樣大小的行星如何會有如此大的密度。法國南特大學(University of Nantes)的地球物理學家歐力耶‧格拉塞(Olivier Grasset)說:「這在太陽系裡無法解釋。」

化石星球

格拉塞和合作的研究人員如今表示,這種奇怪的星體可能是原本更大的行星的「化石核心 」(fossil cores)。在2011年首次有人提出這個想法1,也就是說,這些行星原來可能是在某個星系外圍形成的冰巨星,由於軌道受到周圍氣體和塵埃互相作用的影響,於是往內移動越來越靠近它們的太陽,可能就像水星離我們的太陽那麼近。

格拉塞解釋說,離太陽越近溫度越高,所以星星外層的主要成分如氫、氦和水等揮發性物質會蒸發掉,剩下來的核就像地球一樣大部分是岩石和金屬,重量可高達地球的好幾倍,成為科學家所說的超地球(super-Earths)。

但這些核心形成時承受了其星體外層約五千億帕斯卡(500 gigapascals)的 壓力,相當於地球大氣壓力的五百萬倍,而形成時的溫度通常在絕對溫度六千度左右,所以最後核內的物質會變得比地球更緊實、密度更大。

 

溫度驟變

格拉塞在與同校的行星科學家安拓‧莫凱(Antoine Mocquet),及位於加州帕沙第納(Pasadena)美國太空總署火箭噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的行星地質學家克里斯多夫‧索登(Christophe Sotin)的合作下,設計了一個電腦模擬程式來驗證這個想法。

這個研究小組發現,一個冰巨星外殼的剝落如果歷時數十億年之久的話,星體物質會「放鬆」(relax),而膨脹回復到比較一般正常的密度,但是如果剝落的時間就地質學上來說很短的話,這種突然急速的降溫會把核永遠封在高密度狀態。格拉塞說:「如果過程很短,最後會形成一個極度壓縮的超地球。」

倫敦大學學院(University College London)地質學家拉爾斯‧斯第魯德(Lars Stixrude)認為這個想法「妙極了」,但同時也提醒大家,我們對冰巨星的核心在極端的溫度和壓力下的物質狀態尚未有充分的科學理解。格拉塞也承認其研究團隊的計算還有很多不能確定的部分,尤其是裸露的核心的放鬆速率,但他補充表示,他們採用的假設很保守。

位於加州莫菲特菲爾德(Moffett Field)的美國太空總署艾姆斯研究中心(NASA's Ames Research Center)的太空科學家威廉‧伯魯奇(William Borucki),也是克卜勒任務的主持人,他認為這個理論似乎言之成理,但是冰巨星外層的剝落可能有其他的方式和因素。例如,和別的行星大小的星球發生了激烈的碰撞;或者,由其高密度的核心來看,也許是經過了類似恆星形成的某種奇特過程而造成的。伯魯奇表示不論結論如何,克卜勒的發現都很令人振奮,因為它顛倒了舊有的假設,而「這就是為什麼我們要從事科學研究的原因。」
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 報導出處:Super-dense celestial bodies could be a new kind of planet

責任編輯:Nita Hsu

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