小恒星，巨行星，大挑战_风闻

原创：牧夫天文

     系外行星的探索一直是天文学研究中一个热门的领域。说起系外行星，很容易能够联想到外星生命，研究系外行星也有助于人类找到适宜居住的“第二地球”。除此之外，科学家们还对“地球是如何诞生的”这个问题感到好奇。太阳系仅有8颗行星，研究它们的形成样本太小，数以千计的系外行星则能够提供足够的样本。探究系外行星的形成机制并检验，最后能够说明地球是怎么诞生的，这是科学家们想要做到的。

     目前较为公认的巨行星形成理论是核吸积理论。

核吸积艺术想象图

在今年9月26日，《Science》杂志上报告了一个行星轨道怪异的恒星系统，这个距我们31光年远的恒星系打破了科学家们从前对这类行星的形成理论的认知。

位于西班牙的Calar Alto天文台，科学家们利用它对GJ3512做了观测

     关于太阳系中的气态巨行星木星、土星、天王星和海王星如何形成、发展的一个主要理论是，尘埃和石块不断凝聚在一起，最终增长到足以用其自身引力吸引大量较轻的气体（例如氢气和氦气）的星子，滚雪球效应使之逐渐长大形成气态巨行星。但是，这次的发现表明，这种行星形成理论似乎并不适用于所有恒星系。

     这颗名为GJ3512的恒星质量只有太阳质量的八分之一，是一颗M型矮星，在这颗恒星系统中，通过视向速度法（因为其行星对恒星的引力作用，恒星会产生较小的位移，面向我们时发生蓝移，背向我们则发生红移）可以计算出其行星的质量及轨道周期。科学家们已经确定了较大的一颗行星的存在，它质量约为木星质量的一半，其绕恒星旋转一圈的周期约为214天，另一颗行星轨道周期约为3.8年，质量至少为土星的一半。

GJ3512视向速度观测结果拟合，红色表示近红外观测，蓝色是光学观测

     对于这样一个恒星质量如此小的恒星系，这种气态巨行星并没有足够的时间完成核吸积，因为可供吸积的气体早就脱离恒星的束缚，到达恒星以外的星际空间中。为了解释观测到的这颗行星的形成，研究人员提出，GJ3512恒星刚刚形成时，盘旋在其周围的密度分布不均匀的气体和尘埃因为引力而坍缩，形成许多富含气体物质的团块，这些团块后来合在一起，形成了科学家们所观测到的巨行星。

GJ3512恒星系统中行星的轨道模拟

     不过，GJ3512只是一个罕见的恒星系统，该研究团队的分析表明，在质量小于0.3倍太阳质量的恒星中，只有百分之三的恒星伴随着气态巨行星。大多数情况下，这类恒星系统中的行星会更小，岩石成分占比更大。

     麻省理工大学的Sara Seager说：“科学研究中，常有几个理论试图解释同一个现象，正如行星的形成理论一样，常常出现两种理论都正确、只是适用范围不同的情况。自然比我们想象得要更微妙神奇，无论多么异想天开，自然总有可能正在帮你实现。”

『天文时刻』 牧夫出品

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双子望远镜北（Gemini North）星轨

图源：www.gemini.edu/gallery