是孤獨的巨人，還是碰撞的產物？超級木星有著混沌的過去

兩顆巨行星碰撞時，一個更大的世界將會就此誕生。

（圖解：圖示是質量約為木星的13倍的超級木星——Kappa仙女座b。圖源：NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger）

基于新的仿真模擬，科學家們認為宇宙中的巨型氣態行星時常有可能彼此碰撞后融合，形成一個更大的氣態行星——人們把這些大塊頭叫做“超級木星”。

木星是我們太陽系最大的行星，這件事從宇宙的視角看來有點不尋常。其他幾個恒星系統所擁有的巨大的氣體行星，其質量至少是木星的五倍。事實上，其中一些“超級木星”盡管仍被認為是行星，但它們已經大到不能再大了。最近的一項研究模擬了這些行星的形成方式，結果表明，是氣態巨行星之間的災難性的碰撞，產生了超級木星。

【行星堆積起來的大家伙】

多年來，天文學家一直想知道超級木星是如何形成的。核心問題是，這些巨大的世界是生來就如此巨大（也就是由圍繞新生恒星旋轉的物質云中異常大的氣體和塵埃團形成），還是開始時很小，后面通過與其他氣體巨星合并而達到超大規模的狀態。這個問題的答案可以解釋為什么我們的太陽系沒有自己的超級木星。

來自Flatiron Institute的天文學家董佳隱（音譯）和她的同事使用計算機模型觀察了幾個模擬恒星系統的演化，然后將模擬的結果與真實氣體巨星的質量和軌道的測量結果進行了比較。研究人員發現，氣體巨星碰撞的系統往往會產生“超級木星”，其軌道與現實中觀測到的軌道最為相似。

質量是木星五倍以上的行星是質量最大的氣態巨行星，它們的軌道是長而伸展的橢圓形，而不是圓形。天文學家將這些軌道描述為“偏心的”。這樣的軌道表明一顆行星有著混沌的前身，因為一顆行星原本標準的圓形軌道扭曲成偏心軌道，往往是因為其他行星的引力推拉。特別是超級木星，其軌道通常會比更小、更像木星的氣體巨星更加“偏心”，這表明它們形成于更混亂的恒星系統中，這樣的系統中會更頻繁地發生行星之間的碰撞——無論是迎頭正撞還是九死一生。

在周圍盡是相互碰撞的行星巨頭這樣的環境中，較小的氣態巨行星不太可能生存下來。由于質量較低，它們更有可能被拋出系統，或者被經過的“超級木星”拉入，并增加其體積。

董告訴Space.com說：“我們的解釋是，較小的木星更有可能是被彈出，因此我們的觀測是一種幸存者偏差。”

【災難中鍛造的怪物行星】

董和她的同事對行星開始異常大并不斷成長為超級木星的過程進行了模擬。結果顯示，在這個時候，它們會混合不同類型的軌道：圓形、極度偏心的軌道以及介于兩者之間的軌道。但是，對于在一系列較小的行星堆中形成巨大的氣體行星的模擬中，他們得到了一堆軌道非常偏心的“超級木星”。

在真實宇宙中，最大的超級木星大多以狹長的橢圓形圍繞恒星旋轉，就像董和她的同事們模擬的流浪巨行星碰撞的結果一樣。而且，根據研究人員的說法，這足以表明大多數超級木星是在足以將兩顆氣態巨星融合在一起的碰撞中形成的。

董說：“然而，獲得比如軌道傾角、大氣成分等更多的觀測數據以佐證這個觀點才是更好的。”

【尋找巨行星】

除了這些額外的證據，董和她的同事們還想測量更多超級木星的軌道，以及它們的那些更小、更像木星的鄰居。

在該團隊最近的研究中，巨型行星的軌道都十分靠近它們的主星；有些行星每隔幾天繞恒星一周，而另一些行星則需要長達三個地球年才能繞一周（相比之下，木星每4333天繞太陽一周）。天文學家將這些氣態巨行星稱為“暖木星”，因此真正巨大的氣態巨行星將是“暖超級木星”。但董和她的同事們不僅想測量暖超級木星的軌道，還想測量離恒星更遠的較冷的木星的軌道。這可能會揭示這些更遙遠的世界究竟是通過碰撞形成的，還是它們最初只是恒星系統遠端的孤獨的巨行星。

與此同時，較小的世界——即“更接近木星的大小，但仍然是像木星一樣巨大的行星”——也可以幫助董和她的同事們檢驗她們最近得到的結論。在最近一輪的模擬中，形成行星堆積鏈的超級木星往往有一些較小的姊妹行星，質量與我們的木星大致相同。但在模擬的恒星系統中，新生行星恰好從異常大的氣體團塊中誕生，所有的行星都是巨大的超級木星。

董說，她的團隊計劃使用智利的麥哲倫望遠鏡上的行星探測器光譜儀和亞利桑那州WIYN 3.5米望遠鏡上的NEID儀器，這兩種儀器都能測量恒星在軌道行星前后引力作用下的擺動程度，以幫助研究團隊在擁有超級木星的恒星系統中尋找更小、更遙遠的世界。

BY:Kiona N. Smith

FY:Stella Zhang（張姝鈴）

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