短周期系外行星形成或有新解释

艺术家笔下的超级地球行星演化晚期的一次巨型碰撞可以使合并体被中心恒星捕获在短周期轨道。该机制是中科院紫金山天文台季江徽研究员、博士生晋升和澳大利亚新南威尔士大学著名系外行星专家Tinney C.G.教授在对行星系统的形成和演化进行数值模拟时发现的。研究论文于2011年1月发表在国际著名天文学术刊物《天体物理学期刊快报》（ApJ Letters）上，该项研究工作得到国家自然科学基金和“中澳科学家互访项目”的资助。在对行星系统模拟分析时，他们发现一些系统中有些行星胚胎在经历一次碰撞并合后，合并体的轨道参数发生显著改变，进而在中心恒星的引力作用下被俘获到0.1 AU以内的轨道处。在一些情况下被捕获的天体还可以在短周期轨道处继续吸积物质，而形成短周期的类地行星或“超级地球”。在目前所发现的太阳系外行星中，大量的短周期轨道行星一直是吸引众多研究者的奇特天体。根据行星形成的核吸积模型和引力不稳定模型，在距中心恒星如此之近的地方通常很难在当地形成该类行星。研究者提出了各种理论来解释这类天体的成因，不过这些理论均依赖于行星的轨道迁移（即开始行星在距离恒星较远的地方形成，由于它们和气体盘相互作用而向内“搬迁”），这种迁移在原行星盘中尚有气体存在时才会发生。然而在行星系统形成的晚期，即行星盘内的气体已经消散同时气态巨行星已形成且迁移停止后，行星系统内依然存在着大量的残余星子和行星胚胎，这些小天体的偏心率会被巨行星进一步激发而增大，于是它们轨道变得比较扁而发生相交，结果导致碰撞频繁地出现。在这样的背景下，时机和速度合适的一次碰撞事件可以使并合后的天体迅速向内部区域转移，并在主恒星附近被其俘获，从而变为短周期类地行星。紫台研究人员提出的这个新的机制可以作为解释所发现的大量短周期系外行星，尤其是短周期类地行星的一个新理论。在未来10~20年内，系外类地行星的探索发现可望取得突破性进展，这些研究将有助于回答如“太阳系是否很特殊”或“我们在宇宙中是否唯一”等问题，并让人们更深刻的了解地球和太阳系的形成演化过程，以及充分地认识生命的本质和起源，进而更深刻地了解我们自己。（来源：中国科学院紫金山天文台）