新的研究表明行星的軌道是如何形成的，支持第九行星的存在 _行星

理論上遙遠(yuǎn)行星的插圖。圖片來源：萊斯大學(xué)
據(jù)萊斯大學(xué)：在遠(yuǎn)離已知行星的寒冷、黑暗的行星系統(tǒng)郊區(qū)，神秘的氣態(tài)巨行星和行星質(zhì)量默默地圍繞著它們的恒星運(yùn)行——有時(shí)距離數(shù)千天文單位（AU）。多年來，科學(xué)家們一直困惑于這些“寬軌道”行星，包括我們太陽(yáng)系中難以捉摸的第九行星，是如何形成的。現(xiàn)在，一組天文學(xué)家可能終于找到了答案。
在《自然天文學(xué)》發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，萊斯大學(xué)和行星科學(xué)研究所的研究人員使用復(fù)雜的模擬表明，寬軌道行星不是異常現(xiàn)象，而是行星系統(tǒng)發(fā)展早期混亂的自然副產(chǎn)品。這個(gè)階段發(fā)生在恒星仍然緊緊地?cái)D在它們的誕生星團(tuán)中，行星在動(dòng)蕩、擁擠的系統(tǒng)中爭(zhēng)奪空間的時(shí)候。
Rice地球、環(huán)境和行星科學(xué)助理教授、該研究的主要作者AndréIzidoro說：“從本質(zhì)上講，我們正在宇宙街機(jī)上觀看彈球。” 。“當(dāng)巨型行星通過引力相互作用相互散射時(shí)，有些行星會(huì)被拋向遠(yuǎn)離恒星的地方。如果時(shí)機(jī)和周圍環(huán)境恰到好處，這些行星不會(huì)被彈出，而是被困在極其寬闊的軌道上。”
在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了數(shù)千次模擬，涉及嵌入現(xiàn)實(shí)星團(tuán)環(huán)境中的不同行星系統(tǒng) 。他們模擬了各種條件，從像我們的太陽(yáng)系這樣的混合了氣體和冰巨星的系統(tǒng)，到更奇特的系統(tǒng) ，包括那些有兩個(gè)太陽(yáng)的系統(tǒng) 。他們發(fā)現(xiàn)了一種反復(fù)出現(xiàn)的模式：行星經(jīng)常被內(nèi)部不穩(wěn)定性推到寬闊的偏心軌道上，然后被星團(tuán)中附近恒星的引力影響穩(wěn)定下來。
“當(dāng)這些引力沖擊發(fā)生在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻時(shí) ，行星的軌道就會(huì)與內(nèi)部行星系統(tǒng)脫鉤，”該研究的合著者、行星科學(xué)研究所的高級(jí)科學(xué)家、高級(jí)教育和通信專家Nathan Kaib說。“這創(chuàng)造了一個(gè)寬軌道行星——一個(gè)在星團(tuán)分散后基本凍結(jié)的行星。”
研究人員將寬軌道行星定義為具有100到10000 AU之間的半長(zhǎng)軸，這些距離使它們遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)傳統(tǒng)行星形成盤的范圍。
這些發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋第九行星的長(zhǎng)期謎團(tuán)，這是一顆假想行星，據(jù)信在250到1000天文單位的距離繞太陽(yáng)運(yùn)行。盡管它從未被直接觀測(cè)到，但幾個(gè)海王星外天體的奇怪軌道暗示了它的存在。
Izidoro說：“我們的模擬表明，如果早期太陽(yáng)系經(jīng)歷了兩個(gè)特定的不穩(wěn)定階段——天王星和海王星的生長(zhǎng)以及后來在氣態(tài)巨行星之間的散射——那么在這段時(shí)間內(nèi)，一個(gè)類似第九行星的物體被困的可能性高達(dá)40% 。” 。
有趣的是，這項(xiàng)研究還將寬軌道行星與不斷增長(zhǎng)的自由漂浮或“流氓”行星聯(lián)系起來，這些行星是完全從其系統(tǒng)中彈出的。
凱布說：“并不是每個(gè)分散的行星都有幸被困。” 。“大多數(shù)最終被拋入星際空間。但它們被困的速度讓我們看到了我們?cè)趯捾壍郎峡吹降男行桥c我們?cè)阢y河系中發(fā)現(xiàn)的獨(dú)自游蕩的行星之間的聯(lián)系。”
“捕獲效率”的概念——即一顆分散的行星與其恒星保持聯(lián)系的可能性——是這項(xiàng)研究的核心。研究人員發(fā)現(xiàn) ，類似太陽(yáng)系的系統(tǒng)特別有效，捕獲概率為5%-10% 。其他系統(tǒng)，如僅由冰巨星或環(huán)雙星組成的系統(tǒng)，效率要低得多。
“我們預(yù)計(jì)每千顆恒星中大約有一顆寬軌道行星，”Izidoro說。“這可能看起來很?。?但在銀河系中的數(shù)十億顆恒星中，它加起來就是。”
此外，該研究為系外行星獵人確定了有前景的新目標(biāo) 。這表明，寬軌道行星最有可能在已經(jīng)擁有氣態(tài)巨星的高金屬豐度恒星周圍發(fā)現(xiàn)，這使得這些系統(tǒng)成為深度成像活動(dòng)的主要候選者。
研究人員還指出，如果第九行星存在，它可能會(huì)在維拉·C·魯賓天文臺(tái)全面投入運(yùn)行后不久被發(fā)現(xiàn) 。憑借其無(wú)與倫比的深入和詳細(xì)調(diào)查天空的能力，該天文臺(tái)有望大大推進(jìn)對(duì)遙遠(yuǎn)太陽(yáng)系天體的搜索，增加探測(cè)第九行星或提供排除其存在所需證據(jù)的可能性。
Izidoro說：“隨著我們對(duì)在哪里尋找和尋找什么的理解不斷深化，我們不僅增加了找到第九行星的幾率，而且為整個(gè)銀河系行星系統(tǒng)的架構(gòu)和演化打開了一扇新的窗戶。”