太陽系外行星研究領域,繼續揭示關於我們宇宙的一些真正令人驚奇的事情。在幾十年來只有少數幾顆系外行星可供研究之後,天文學家現在已經確認4,884顆系外行星,另有 8,288 顆等待確認。隨著詹姆斯韋伯、歐幾里得、帕拉圖和南西格雷絲羅馬太空望遠鏡等下一代任務的發射,這個數字預計將在未來幾年呈指數級增長。
除了大量了解外行星的型別以及已知哪些恆星會產生它們之外,天文學家還取得了另一個驚人的發現。我們銀河系中不乏沒有母星的系外行星。使用來自世界各地的望遠鏡,天文學家最近發現了另外 70 顆自由漂浮行星(FFP),這是迄今為止發現的最大“流浪行星”樣本,可供研究的FFP數量幾乎翻了一番。
負責這一發現的研究團隊由波爾多天體物理實驗室 (LAB) 和維也納大學的博士後研究員。在《自然天文學》上描述了他們發現的研究。
幾十年來,天文學家一直在猜測FFP(也稱為“流浪行星”)的存在,數值模擬表明它們可能是常見的。一些研究表明,可能有數十億顆這樣的行星漂浮在星際空間中——數量可能超過銀河系中的恆星!行星如何流浪的確切機制仍然是個謎,但存在幾種理論。
其中,天文學家推測行星有規律地在星際空間形成,它們被與過往恆星的引力相互作用拉走,超新星將它們踢出,或者它們在太陽死亡後自由漂浮到太空中。正如研究中指出的那樣,之前的研究已經在年輕的星團和銀河場內確定了FFP。
此外,流浪行星通常無法在可見光下成像,就像試圖辨別繞恆星執行數千倍的系外行星一樣。為此,天文學家需要使用非常靈敏的望遠鏡和儀器。其次,他們還需要在大量行星和背景星系中識別行星質量成員。這相當於大海撈針,但針是最不發光的物體。
為了克服這個問題,研究人員將夜空中物體的自行運動與20多年來多個天文臺獲得的多波長測光相結合。
一組天文學家最近在上天蠍座和蛇夫座佔據的天空區域發現了 115 顆潛在流氓行星的位置,用紅色圓圈突出顯示。
最後,再利用年輕的流浪行星從形成時仍然溫暖的方式,使用敏感的望遠鏡和相機直接檢測。這就是紅外光學望遠鏡新的深廣視野觀測發揮作用的地方,它為該團隊提供了超過80,000張廣視野影象。由此,該團隊發現了至少 70-170 個質量與木星相當的新 FFP,它們位於天蠍座和蛇夫座星座,這是離我們太陽系最近的恆星形成區。
這表明可能有更多的機制作用在一起,而且之前的估計,表明我們的星系中可能有數十億個FFP是正確的。假設他們在天蠍座上觀察到的FFP的比例與其他恆星形成區域的相似,那麼將會有數十億顆木星質量的行星在銀河系中漫遊,甚至更多的地球質量行星——其中許多已經被在銀河系中觀察到。
ESO 的超大望遠鏡(ELT) 目前正在阿塔卡馬沙漠建造,預計將在 2027 年收集第一束光線。 憑藉其39米的主鏡和先進的光譜儀、日冕儀和自適應光學套件,ELT將能夠直接成像系外行星、流浪行星,並觀測他們的大氣層。同年,美國宇航局的南希格雷斯羅馬太空望遠鏡也將發射太空並開始進行系外行星調查,其中可能包括像火星一樣小的FFP。
這項研究的另一個意義是它對行星形成和演化模型的意義,這是理解宜居行星和生命起源的關鍵。
還有一個令人興奮的可能性,就是FFP可以承載生命,可能藏在地下中,放射性元素的緩慢衰變或對流提供必要的熱量。另一種可能性是,FFP的衛星可能擁有厚厚的大氣層和表面有水的衛星,從而再次提高了生命存在的可能性。這些可能性中會不會真實存在?未來幾年將有成百上千的FFP可供研究,我們會找到答案。
發現大量年輕 FFP 對行星系統的形成和早期演化具有重要意義,特別是對所涉及過程的時間尺度。我們的觀察表明,巨行星系統必須在該地區觀察到的生命週期(3-1000 萬年)內形成並變得動態不穩定,才能增加 FFP 的數量。目前的研究表明,我們太陽系中行星之間的動力學不穩定性可能也發生在早期,儘管它比我們發現的那樣大的行星彈出所需的不穩定性要小得多。