行星彈跳者：近距行星如何“踢飛”同伴，造就漫游星海的流浪天體？

? 它們沒有恒星，不靠光照，卻可能擁有海洋、磁場(chǎng)，甚至——生命？

藝術(shù)家對(duì)一顆流浪行星的構(gòu)想圖。圖片來源ESOP。DelormeNickRisinger（skysurvey.org）R。SaitoVVVConsortium

流浪行星聽起來像是恒星之間罕見的旅行者，擺脫了宿主系統(tǒng)的引力束縛，永遠(yuǎn)在星際虛空中漂泊。但現(xiàn)代模型表明，這些技術(shù)上被稱為游離行星（FFPs）的天體實(shí)際上非常常見——比雪線以外的行星常見19倍。雪線指的是距離中心恒星足夠遠(yuǎn)、溫度低到水、氨、甲烷等氫化合物能凝結(jié)成冰的位置。但為什么游離行星如此常見？是什么力量將它們逐出了誕生的恒星系統(tǒng)？北京天文館的鄭曉晨及其合作者發(fā)表在arXiv預(yù)印本上的一篇新論文給出了一個(gè)合理的解釋——行星彈跳者。

關(guān)于自由漂浮行星（FFPs）形成方式的現(xiàn)有理論范圍從孤立氣體云坍縮成行星但質(zhì)量不足以形成恒星，到混亂的行星間散射模式將早期行星射向各種方向。根據(jù)該論文，第二種觀點(diǎn)更接近事實(shí)，但它需要一點(diǎn)額外的動(dòng)力。

其他太陽系中常見的系外行星有兩種類型——靠近其宿主恒星運(yùn)行的近距離熱超級(jí)地球和熱木星，以及與我們太陽系中的土星和木星相似的遙遠(yuǎn)冷氣態(tài)巨行星。但關(guān)鍵的是，許多新形成的恒星也會(huì)形成伴星（即雙星系統(tǒng)），而這顆伴星會(huì)對(duì)新行星系統(tǒng)的引力平衡造成徹底的破壞。

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?? 通過馮塞佩爾利多維科扎伊（vZLK）機(jī)制這一過程，一個(gè)遙遠(yuǎn)的擾動(dòng)天體（比如伴星）會(huì)緩慢扭曲一顆冷行星的軌道——即一顆繞其主星運(yùn)行距離很遠(yuǎn)的行星。經(jīng)過數(shù)百萬年，vZLK機(jī)制導(dǎo)致行星的軌道被擠壓和拉伸，直到它變得高度偏心——本質(zhì)上把它變成一個(gè)長橢圓軌道。

在這個(gè)橢圓軌道的一端，闖入行星會(huì)與行星密集的內(nèi)太陽系相遇——短周期超級(jí)地球和熱木星通常就位于這里。當(dāng)兩條軌道交匯時(shí)，一場(chǎng)巨大的宇宙臺(tái)球游戲便拉開了序幕。這兩顆行星不一定會(huì)直接相撞，盡管這種情況有時(shí)確實(shí)會(huì)發(fā)生。但研究人員發(fā)現(xiàn)，在更有可能發(fā)生的近距離接觸中，兩顆行星會(huì)交換軌道能量。

因?yàn)槔湫行桥c宿主恒星的聯(lián)系本就相對(duì)微弱，這種能量交換產(chǎn)生的微小引力沖擊有時(shí)足以使其超過逃逸速度，從而打破與宿主恒星的引力束縛，成為一顆流浪行星。根據(jù)作者的模擬，熱木星在這種彈射效應(yīng)方面尤為有效——它們有80％的概率會(huì)彈出木星質(zhì)量的闖入行星。另一方面，超級(jí)地球彈出木星大小闖入行星的概率僅約6.5％，但擅長彈出其他冷超級(jí)地球，將它們驅(qū)逐到星際空間的概率達(dá)52％。

弗雷澤更多地討論了流浪行星這一話題。

? 正如預(yù)期的那樣，內(nèi)行星無法毫發(fā)無損地度過這一艱巨過程。在某些情況下，引力相互作用會(huì)奪走內(nèi)行星大量的角動(dòng)量，使其向內(nèi)螺旋運(yùn)動(dòng)并被主星完全吞噬。在其他情況下，即使它們得以幸存，其軌道也會(huì)留下深深的傷痕：傾斜角度變得隨機(jī)，自身軌道高度偏心，有時(shí)甚至完全翻轉(zhuǎn)倒置。

進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)后，作者估計(jì)約8％的自由漂浮行星（FFPs）可能來自這類行星彈射相互作用。雖然這看起來不多，但考慮到自由漂浮行星的數(shù)量之多，就能看出這類相互作用可能有多普遍。這也凸顯了早期行星系統(tǒng)可能具有的動(dòng)態(tài)性、關(guān)聯(lián)性和劇烈程度。

我們將能夠利用下一代望遠(yuǎn)鏡（如南希格蕾絲羅馬太空望遠(yuǎn)鏡）發(fā)現(xiàn)更多新的自由浮動(dòng)行星（FFPs），其數(shù)據(jù)將為論文中提出的一些觀點(diǎn)提供實(shí)驗(yàn)證據(jù)。或許在未來某個(gè)時(shí)候，我們甚至?xí)銐蛐疫\(yùn)地親眼目睹早期恒星系統(tǒng)正在經(jīng)歷這一過程——看著另一顆行星被拋入漫長的黑夜。

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流浪行星是不圍繞任何恒星公轉(zhuǎn)的行星，它們可能因形成初期被母星系統(tǒng)的引力彈弓效應(yīng)拋射，或因形成時(shí)未被恒星引力捕獲而游離于星際空間。這類行星缺乏恒星光照，表面溫度極低，但部分可能通過內(nèi)部放射性衰變維持熱量，甚至存在液態(tài)水或生命的潛在條件。

BY: Andy Tomaswick
FY: AI

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://www.universetoday.com/articles/close-in-planets-act-as-bouncers-to-create-rogue-worlds

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