對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的新分析表明，質(zhì)量與木星相當(dāng)?shù)南低庑行堑男纬蓵r(shí)間可能比之前認(rèn)為的要早得多。這項(xiàng)研究由俄亥俄州立大學(xué)的研究人員開展，為吸積時(shí)間提供了新的見解。吸積是形成中的行星聚集大量氣體和固體顆粒（特別是富含碳和氧的顆粒）的過程，從而成長為像木星這樣的氣態(tài)巨行星。
行星起源于原行星盤，即圍繞年輕恒星旋轉(zhuǎn)的塵埃和氣體云。研究表明，吸積可能發(fā)生在行星盤演化的最早階段，此時(shí)這些行星盤仍然很年輕，含有豐富的物質(zhì)，這挑戰(zhàn)了之前關(guān)于行星形成時(shí)間的假設(shè)。
雖然新確認(rèn)的系外行星數(shù)量不斷增加，但這些行星的起源以及影響其形成的因素仍然是科學(xué)家們?cè)噲D解決的難題。例如，類似木星的系外行星最初被認(rèn)為需要近 300 萬至 500 萬年才能完全形成；最近的觀察表明，對(duì)于像木星這樣的氣態(tài)巨行星來說，這個(gè)過程可能更接近 100 萬至 200 萬年。
這項(xiàng)研究的作者、俄亥俄州立大學(xué)天文學(xué)助理教授王吉表示，這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了研究人員關(guān)于這些行星在原行星盤的“年齡”形成的現(xiàn)有理論。這一結(jié)果可能會(huì)讓科學(xué)家重新評(píng)估和修改他們關(guān)于太陽系和其他行星形成的理論。
“我們對(duì)系外行星的了解都可以放在太陽系的背景下，反之亦然，”王說。“通常行星的形成是一個(gè)自下而上的過程，這意味著它從小物體開始，逐漸形成更大的行星，但這種方式需要時(shí)間?！?/p>
雖然系外行星指的是運(yùn)行軌道遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們太陽系范圍的行星物體，但更多地了解它們的形成方式可以幫助研究人員更深入地了解太陽系和早期地球的演化，早期地球的形成時(shí)間比木星晚得多，但仍然受到了木星的巨大影響。
這種“自下而上”的行星形成解釋被稱為“核心吸積理論”，但另一種可能的形成機(jī)制是行星通過引力不穩(wěn)定性形成——當(dāng)恒星周圍盤中的團(tuán)塊質(zhì)量過大而無法支撐自身并坍縮形成行星時(shí)。王說，由于行星的吸積歷史可能與這兩種引人注目但又相互補(bǔ)充的演化形成機(jī)制密切相關(guān)，因此確定哪種過程更常見非常重要。
該項(xiàng)研究最近發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上。
該研究分析了七顆氣態(tài)巨行星的樣本，這些行星的恒星和行星化學(xué)特性已在之前的研究中進(jìn)行直接測量，并將它們與我們太陽系中的氣態(tài)巨行星木星和土星的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。
王表示，這些系外行星的早期形成與最近的證據(jù)表明木星的形成時(shí)間比之前認(rèn)為的要早得多相符。這一發(fā)現(xiàn)是基于這些系外行星吸積的固體數(shù)量驚人。
行星形成初期吸積的所有物質(zhì)都會(huì)增加其大氣的金屬豐度，通過觀察它們留下的痕跡，研究人員能夠測量行星曾經(jīng)聚集的固體量。金屬豐度越高，科學(xué)家就可以假設(shè)在形成過程中吸積的固體和金屬就越多——元素周期表中任何比氫和氦更重的東西。
“我們可以推斷，平均而言，所采樣的五顆行星中的每一顆都吸積了相當(dāng)于 50 個(gè)地球質(zhì)量的固體，”他說?！爸挥性?200 萬年以內(nèi)的系統(tǒng)中才能發(fā)現(xiàn)如此大量的固體，但在我們的太陽系中，可用的固體總量僅為 30 到 50 個(gè)地球質(zhì)量?！?/p>
這些新數(shù)據(jù)意味著，用于形成系外行星的構(gòu)造塊在原行星盤演化的早期階段就已經(jīng)存在，比預(yù)期的要早，而且這些構(gòu)造塊的可用性在數(shù)百萬年的時(shí)間里大大降低。王說，由于科學(xué)家通常不指望找到行星形成如此早的證據(jù)，因此這一發(fā)現(xiàn)很可能難以用目前的理論來解釋。
“這些系外行星形成的時(shí)間非常早，因此仍然有大量的金屬資源，”王說?！斑@是科學(xué)界尚未做好充分準(zhǔn)備的事情，所以現(xiàn)在他們必須努力提出新的理論來解釋它?！?/p>
由于氣態(tài)巨行星在吸積過程中會(huì)吸入大量物質(zhì)，它們的形成和在太空中的遷移也會(huì)影響原行星盤其他地方巖石行星的發(fā)展。在太陽系中，這種現(xiàn)象被認(rèn)為導(dǎo)致木星和土星將水星推離其原始軌道，并導(dǎo)致火星變得比地球或金星小得多。
盡管如此，為了幫助天文學(xué)家在未來進(jìn)行類似的行星形成分析，這項(xiàng)工作還提供了一個(gè)統(tǒng)計(jì)框架，用于推斷任何其他系外行星的固體吸積總質(zhì)量，研究指出，這也可以成為研究其他類型復(fù)雜元素?cái)?shù)據(jù)的理想工具。
雖然這項(xiàng)研究純粹依賴于檔案數(shù)據(jù)，但王希望他的工作能夠通過更好的儀器收集的新高分辨率數(shù)據(jù)得到進(jìn)一步補(bǔ)充，例如更強(qiáng)大的地面天文觀測站或詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡等下一代技術(shù)。
王說：“通過擴(kuò)大這項(xiàng)研究的范圍，研究更多的系外行星，我們希望看到本文發(fā)現(xiàn)的證據(jù)趨勢(shì)能夠繼續(xù)保持?！?/p>
編譯自/ScitechDaily
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