失踪的系外行星

目前已确认的系外行星数量：3，888个行星系统中的5，197颗，另有9，075颗候选行星等待确认。 其中大多数是大质量的行星，如木星和海王星大小的气态巨行星，它们的半径约为地球的2.5倍。 另外，具有统计意义的系外行星是大约1.4个地球半径的岩石行星（又名为“超级地球”）。 这对天文学家来说是一个谜，在刻卜勒太空望远镜发现的超过2，600多颗之系外行星中，半径约为地球1.8倍的系外行星明显地非常稀少，称为“半径谷（radius valley）”。

第二个谜团，被称为“豆莢中的豌豆（peas in a pod）”，指的是在具有和谐轨道的数百个行星系统中大小相似的相邻行星。 在莱斯大学领导的Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets（CLEVER）计划中的一项研究中提供了一个新模型可以解释这两个谜团，该模型解释了作用在新诞生行星上的交互作用力。

该研究由博士后研究员André Izidoro领导，加入他的还有加州大学洛杉矶分校的Rajdeep Dasgupta、 Andrea Isella和Hilke Schlichting，以及马克斯-普朗克天文协会（MPIA）的Christian Zimmermann和Bertram Bitsch。 他们最近在《Astrophysical Journal Letters》上发表研究论文，该团队使用超级计算机运算行星演化模型，该模型模拟了最初5000万年的行星系统演化。

在他们的模型中，气体和尘埃的原行星盘也与迁移的行星相互作用，将它们拉近它们的母星并将它们锁定在共振轨道链中。 在几百万年内，原行星盘消失，破坏轨道链并导致轨道不稳定，造成两个或更多行星相撞。 虽然行星迁移模型已被用于研究保持轨道共振的行星系统，但这些发现对天文学家来说是第一次。

莱斯大学的Izidoro表示：我相信我们是第一个使用行星形成和动力演化模型来解释半径谷的团队，该模型自洽地解释了观测的多重限制条件。 我们还能够证明包含巨大撞击的行星形成模型与系外行星“豆莢中的豌豆”特征是一致的。

这项研究建立在之前Izidoro和CLEVER计划的工作基础之上。 去年，他们使用行星迁移模型计算了对 TRAPPIST -1 七行星系统的最大干扰。 2021年11月21日发表在《Nature Astronomy》上，他们使用N体模拟来展示“豆莢中的豌豆”系统如何在行星迁移造成碰撞的情况下保持其和谐的轨道结构。 这使他们能够对碰撞的上限和所涉及的物体质量设定限制条件。 他们的研究结果表明：TRAPPIST-1系统中的碰撞与产生地月系统的撞击相当。

Izidoro表示：年轻行星向它们的母恒星迁移会造成过度拥挤，并经常导致灾难性的碰撞，从而剥夺行星富含氢的大气层。 这意味着巨大的撞击，如形成月球的撞击，可能是行星形成的一般结果。 ”

这项最新研究表明，行星有两种：包括比地球大50%的岩石行星（超级地球）和约2.5倍地球大小富含冰雪的气体行星（迷你海王星）。 此外，他们认为一小部分地球大小两倍的行星将保留其原始富氢的大气，并且富含水。 根据Izidoro的说法，这些结果与新的观察结果一致。

这些发现为系外行星研究人员提供了机会，他们将藉由韦伯太空望远镜对系外行星系统进行详细观察。 使用其先进的光学、红外成像、日冕仪和光谱仪，韦伯和其他下一代望远镜将以前所未有的方式观测系外行星的大气和表面。 （编译 / 施欣岚）

图说：半径谷。 图片来源： A. Izidoro et al./Rice University

资料来源：universetoday

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