神秘的JuMBOs從何而來？

這些神秘的天體既非恒星，也非行星，而是年輕恒星系統(tǒng)之間的劇烈碰撞的產(chǎn)物。

“行星質(zhì)量天體并不能很好的與已知的恒星或行星種類進(jìn)行契合。”

一幅描繪兩個年輕恒星系統(tǒng)互相碰撞，產(chǎn)生了大量的流浪行星的插圖。（圖片來源：Robert Lea 使用Canva創(chuàng)作）

它們是恒星？還是行星？亦或者都不是？這些流浪的行星質(zhì)量天體在宇宙中獨自漫游，它們可能誕生于年輕恒星系統(tǒng)之間的碰撞，如果是這樣，那將意味著它們代表了一種新的獨立的宇宙天體類別。

自由漂浮的行星質(zhì)量天體，它們的質(zhì)量是木星的13倍，經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)漂浮在年輕星系團(tuán)中，比如獵戶四邊形星團(tuán)。在2023年，有天文學(xué)家在獵戶座星云中發(fā)現(xiàn)40對行星質(zhì)量天體，將它們稱為木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs）。自那起，它們的起源就成了一個謎。

它們的質(zhì)量小于最輕的恒星，可大于最重的行星。據(jù)此，大問題產(chǎn)生了：

這些天體的誕生方式是類似于恒星還是行星呢？可問題在于，這兩種起源好像都無法解釋木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）的雙星特性。事實上，也無法解釋為什么過量的自由漂浮行星質(zhì)量天體會普遍存在。

“行星質(zhì)量天體并不適配于已有的恒星與行星種類”，中國科學(xué)院上海天文臺的鄧洪平在聲明中指出。“我們的模擬數(shù)據(jù)顯示它們極有可能擁有一種截然不同的形成過程——與年輕星團(tuán)的混沌動力學(xué)有密切聯(lián)系?！毙乱惠喲芯拷沂玖诉@些宇宙孤兒可能形成的條件——當(dāng)年輕恒星聚集之時，圍繞在嬰兒恒星周圍的扁平氣體塵埃云（星周盤）之間發(fā)生劇烈作用——在混沌中它們誕生了。

詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡潛入神秘的流浪行星或者褐矮星的大氣層。

巨型超級木星可能擁有非?；靵y的歷史過程。

此前，科學(xué)家們推斷這些自由漂浮的恒星質(zhì)量天體只是簡單的流浪行星。它們通過與身邊經(jīng)過的恒星發(fā)生相互作用或與姐妹星球進(jìn)行引力斗爭而被驅(qū)逐出原本的星系。

然而，木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）的出現(xiàn)改變了這一觀點。

那是因為科學(xué)家們很難解釋發(fā)生什么才足夠激烈去將一顆行星高速運轉(zhuǎn)而從它的母星系中離開卻仍然留有雙星系統(tǒng)。

而我們可以知曉，此次事件是一些異常事件的發(fā)生所導(dǎo)致。在一個星云中發(fā)現(xiàn)的40對木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）表明——不論是什么創(chuàng)造了它們，這都不僅僅是一次普通的一次性事件。

兩個流浪的木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）被驅(qū)逐于它們的星系但仍然互相束縛。（圖片來源：Robert Lea（使用Canva制作））

褐矮星，這是科學(xué)家對于自由漂浮的行星質(zhì)量天體另一個“神秘身份”的猜測。這類天體的誕生方式與恒星相似——由巨大氣體塵埃云中的密集區(qū)域坍塌形成。

我們知道恒星會不斷地從誕生初期的氣體塵埃云中積聚物質(zhì)直至核心部位的壓力和溫度足以完成氫核聚變，而核反應(yīng)過程定義了恒星的本質(zhì)。然而褐矮星是這個反應(yīng)的“失敗者”——“失敗的恒星”。它沒有聚集足夠的質(zhì)量引發(fā)此反應(yīng)，它們的質(zhì)量是木星的13~75倍（即太陽質(zhì)量的0.013~0.075倍）。

此外，找到恒星雙星系統(tǒng)的概率會隨著它們質(zhì)量的減少而快速下降。數(shù)據(jù)顯示75%的大質(zhì)量恒星擁有雙星系統(tǒng)，而像太陽質(zhì)量的恒星僅有50%擁有，而對于更小的恒星擁有雙星的概率掉到幾乎為0。所以像褐矮星這樣質(zhì)量更小的天體要找到雙星幾乎是不可能的。因此，如果自由漂浮的行星質(zhì)量天體確實是褐矮星，那么這將很難解釋它們?yōu)槭裁磿碛袛?shù)量眾多的雙星。

一幅顯示一顆恒星劇烈撕裂兩顆恒星的核心創(chuàng)造出一對木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）的插圖。（圖片來源：Robert Lea）

為了揭開JuMBOs的神秘面紗，鄧洪平以及他的團(tuán)隊對兩顆初始恒星周圍的星周盤之間近距離相遇過程進(jìn)行了高分辨率流體動力學(xué)模擬實驗。

據(jù)此，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些星周盤碰撞沖突時速為4,500~6,700英里/小時（或7,242~10,783千米/小時）并且相距300~400個天文單位（地日距離）時，氣體和塵埃會形成我們所說的“潮汐橋”。

一幅展示兩個年輕星系的潮汐尾碰撞的模擬圖像（圖片來源：鄧洪平）

據(jù)團(tuán)隊解釋：這些潮汐橋坍縮后形成稠密的氣體絲狀物隨后分裂成為行星質(zhì)量天體的“種子”，質(zhì)量約為木星質(zhì)量的10倍。

模擬顯示這類天體有14%是以雙星或三星的形式存在，并且它們之間相距7~15個天文單位。這可能可以用來解釋獵戶座中木星質(zhì)量雙星系統(tǒng)（JuMBOs ）的大量存在。

事實證明團(tuán)隊結(jié)果是正確的，在獵戶四邊形星團(tuán)這樣恒星稠密環(huán)境下恒星的星盤相遇是正?，F(xiàn)象。這意味著這些區(qū)域能夠誕生數(shù)百個恒星質(zhì)量天體，進(jìn)而解釋了它們在宇宙中數(shù)量眾多的原因。

蘇黎世大學(xué)團(tuán)隊成員盧西奧·邁耶（Lucio Mayer）表示：“此次發(fā)現(xiàn)部分地重塑了我們對宇宙多樣性的理解。行星質(zhì)量天體可能代表著第三類天體，它們的誕生既不依賴于恒星云等初始物質(zhì)，也不通過行星形成過程，而是誕生于星盤碰撞造成的引力混亂中?！?/p>

該團(tuán)隊的研究在2月26日發(fā)表于《Science Advances》雜志上。

BY:Robert Lea

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