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倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）和華威大學(xué)的研究人員最近的一項(xiàng)研究顯示，質(zhì)量不到太陽(yáng)一半的恒星可以孕育出類似于木星的巨大氣體巨行星，這與普遍的行星形成理論相矛盾。氣態(tài)巨行星與其他天體一樣，起源于環(huán)繞著年輕恒星的物質(zhì)盤。核心吸積理論認(rèn)為，這些行星最初形成一個(gè)由巖石、冰和其他重固體組成的核心，在達(dá)到地球質(zhì)量的15至20倍時(shí)，吸引了一個(gè)氣態(tài)的外層。

【資料圖】

然而，模型預(yù)測(cè)，低質(zhì)量恒星的低質(zhì)量盤不會(huì)提供足夠的材料以這種方式形成一個(gè)氣態(tài)巨行星，或者至少在盤破裂之前不會(huì)足夠快。

這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》（MNRAS）上，由英國(guó)科技設(shè)施委員會(huì)（STFC）資助，研究人員利用美國(guó)宇航局的凌日系外行星調(diào)查衛(wèi)星（TESS）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)91,306顆低質(zhì)量恒星進(jìn)行了研究，在15個(gè)案例中發(fā)現(xiàn)亮度下降，對(duì)應(yīng)于一個(gè)氣體巨頭從恒星前面經(jīng)過。

藝術(shù)家對(duì)NGTS-1b號(hào)行星日出的印象，這是以前發(fā)現(xiàn)的圍繞一顆低質(zhì)量恒星運(yùn)行的氣體巨行星。資料來源：華威大學(xué)/馬克-加里克

15顆潛在的巨行星中，有5顆后來用獨(dú)立的方法被確認(rèn)為行星。這些被確認(rèn)的行星中，有一顆圍繞著一顆質(zhì)量為太陽(yáng)五分之一的恒星運(yùn)行--根據(jù)行星形成模型，這是不可能的。

主要作者埃德-布萊恩特博士（英國(guó)倫敦大學(xué)穆拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，原華威大學(xué)），作為其博士論文的一部分發(fā)起了這項(xiàng)工作，他說："低質(zhì)量的恒星在形成巨行星方面比我們想象的要好。我們的結(jié)果對(duì)行星形成模型提出了嚴(yán)重的問題。特別是，我們檢測(cè)到圍繞低至太陽(yáng)質(zhì)量20%的恒星運(yùn)行的氣態(tài)巨行星，這與當(dāng)前的理論構(gòu)成了沖突。"

共同作者Vincent Van Eylen博士（UCL的Mullard空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室）："盡管罕見，但氣態(tài)巨行星確實(shí)存在于低質(zhì)量恒星周圍，這是一個(gè)出乎意料的發(fā)現(xiàn)，這意味著行星形成的模型將需要被修改。"

一種可能的解釋是，氣態(tài)巨行星不是通過核心吸積形成的，而是通過引力不穩(wěn)定形成的，即圍繞恒星的圓盤碎裂成行星大小的塵埃和氣體團(tuán)塊。如果是這樣的話，低質(zhì)量的恒星可以承載非常大的氣體巨行星，質(zhì)量是木星的兩到三倍。然而，這被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)榈唾|(zhì)量恒星周圍的星盤似乎沒有大到足以以這種方式破碎。

研究人員說，另一種解釋是，天文學(xué)家低估了一顆恒星盤的質(zhì)量，這意味著小恒星畢竟可能通過核心吸積形成巨行星。

這可能是因?yàn)槲覀冨e(cuò)誤地計(jì)算了我們可以通過望遠(yuǎn)鏡觀察到的星盤的質(zhì)量，或者是因?yàn)樾潜P在恒星生命之初具有更大的質(zhì)量，當(dāng)時(shí)它們非常難以觀察（因?yàn)樗鼈儽磺度雺m埃云中），而在恒星生命的后期，我們可以觀察到它們。

共同作者Dan Bayliss博士（華威大學(xué)）說："我們對(duì)這些原行星盤的質(zhì)量的了解可能并不像我們想象的那樣好。強(qiáng)大的新儀器，如詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，將能夠更詳細(xì)地研究這些星盤的特性。"

在他們的論文中，研究人員試圖確定巨行星在低質(zhì)量恒星周圍出現(xiàn)的頻率，測(cè)試這種出現(xiàn)率是否符合核心吸積模型的預(yù)測(cè)。

他們使用一種算法來識(shí)別低質(zhì)量恒星發(fā)出的光線中的凌日氣態(tài)巨行星的信號(hào)。然后他們對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行了審查，排除了一些假性信號(hào)。

為了確定他們的方法有多大可能探測(cè)到圍繞這些恒星運(yùn)行的實(shí)際氣體巨行星，他們?cè)趯?shí)際的TESS星光數(shù)據(jù)中插入了數(shù)以千計(jì)的凌日行星信號(hào)的模擬，然后運(yùn)行他們的算法，看看有多少這些行星會(huì)被探測(cè)到。

現(xiàn)在，研究人員正在努力將他們確定的15顆候選行星中的9顆確認(rèn)為行星（或排除）（到目前為止，有5顆已經(jīng)被確認(rèn)為行星，還有一顆假陽(yáng)性）。這些候選行星有可能是伴星，或者可能有其他原因?qū)е铝炼认陆?。研究小組將通過尋找其宿主恒星位置的"晃動(dòng)"來推斷這些物體的質(zhì)量，這表明可能的行星的引力牽引。這種擺動(dòng)可以通過對(duì)星光的光譜分析來檢測(cè)--測(cè)量不同的光帶來追蹤恒星遠(yuǎn)離我們或向我們移動(dòng)的情況。

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