紅矮星周?chē)念?lèi)地行星怎樣形成的？科學(xué)家最新研究告訴你

近期，《皇家天文學(xué)會(huì )月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)發(fā)表了中國科學(xué)院紫金山天文臺研究成果，該項工作基于行星形成的模擬研究，揭示了紅矮星周?chē)囊司有行窃谠行潜P(pán)中的形成機制。

探索地球以外的宜居行星(即地球2.0)是天文學(xué)的基礎研究前沿，相關(guān)研究將回答“地球是否唯一”以及“行星如何成為生命搖籃”等重大科學(xué)問(wèn)題。目前Kepler和TESS等空間望遠鏡發(fā)現了3300多顆系外行星，但探測到紅矮星周?chē)囊司宇?lèi)地行星僅為38顆。紅矮星周?chē)?lèi)地行星的樣本統計分析表明，大部分行星非常接近其母星距離為0.01-0.2 AU(AU為計量天體之間距離的天文單位)，這意味著(zhù)由多顆類(lèi)地行星組成的行星系統軌道分布十分緊致。那么紅矮星周?chē)念?lèi)地行星究竟是怎樣形成的?每個(gè)紅矮星系統平均擁有多少顆宜居行星?近鄰類(lèi)太陽(yáng)型恒星附近是否存在像地球一樣的宜居行星?

通常有兩種理論來(lái)解釋類(lèi)地行星的形成：一種理論認為目前觀(guān)測到的類(lèi)地行星基本上在當地生成，其軌道與初始軌道幾乎相同，即為所謂的原位形成機制。還有一種理論認為，這些行星最初并不是在當前觀(guān)測的軌道位置，而是由于行星在形成過(guò)程中與原行星盤(pán)發(fā)生角動(dòng)量交換，從而引起行星發(fā)生向內遷移或向外遷移(反向遷移)的過(guò)程，即為軌道遷移機制。因此基于不同的原行星盤(pán)模型及行星形成的理論，可深入探究紅矮星附近類(lèi)地行星的形成演化歷史。

研究人員基于行星形成的數值模擬發(fā)現，在原位形成機制中行星僅能吸積附近幾個(gè)希爾半徑內原行星盤(pán)的物質(zhì)，但由于缺乏含水物質(zhì)的傳輸，因此導致形成的行星一般不具有宜居性。不同的是，遷移機制下的原行星，在其遷移中可吸積較多星子而生長(cháng)成質(zhì)量更大的類(lèi)地行星。在向內遷移模型中，最終觀(guān)察到所形成的超短周期類(lèi)地行星分布在距離紅矮星0.01-0.03 AU內。而反向遷移機制中則考慮了原行星盤(pán)不同的加熱機制，在盤(pán)內側行星遷移方向發(fā)生翻轉而向外側遷移，最終在黏性加熱與輻射加熱的過(guò)渡區域附近停止遷移，該機制可解釋紅矮星周?chē)?lèi)地行星的軌道分布特征，研究發(fā)現在宜居區內形成的行星大多含有約10%的水，因此這些行星很可能具有宜居性。

科研團隊進(jìn)一步揭示了紅矮星系統中類(lèi)地行星的生成率，例如原位形成模型中可平均生成7.77個(gè)質(zhì)量約為1.23 M⊕(M⊕為地球質(zhì)量)的行星;而向內遷移與反向遷移機制可分別平均產(chǎn)生2.55個(gè)質(zhì)量約為3.76M⊕和2.85個(gè)質(zhì)量約為3.01M⊕的類(lèi)地行星。研究人員從行星質(zhì)量、軌道半長(cháng)徑和偏心率分布等方面將模擬結果和實(shí)際觀(guān)測樣本進(jìn)行分析對比，發(fā)現反向遷移機制形成的行星分布與觀(guān)測數據具有較高的吻合度，揭示了紅矮星周?chē)司宇?lèi)地行星可能的形成機制。

為深入研究類(lèi)太陽(yáng)型恒星和紅矮星周?chē)囊司有行?，紫金山天文臺提出了“近鄰宜居行星巡天計劃”(Closeby Habitable Exoplanet Survey, CHES)，即采用空間高精度天體測量法來(lái)發(fā)現首顆近鄰類(lèi)太陽(yáng)型恒星周?chē)哂械厍蛸|(zhì)量的宜居帶類(lèi)地行星。因此，本項工作為探索紅矮星宜居行星形成演化提供了新思路，亦為“近鄰宜居行星巡天計劃”尋找地球2.0提供了理論依據。

研究工作獲得中國科學(xué)院B類(lèi)先導專(zhuān)項和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目等資助。(科技日報記者 馬愛(ài)平)

免責聲明：本文不構成任何商業(yè)建議，投資有風(fēng)險，選擇需謹慎！本站發(fā)布的圖文一切為分享交流，傳播正能量，此文不保證數據的準確性，內容僅供參考

關(guān)鍵詞： 地球是否唯一 紅矮星周?chē)?/a> 宜居行星 類(lèi)地行星