新模型解释了两个令人困惑的行星系统之谜

2023-01-02 07:50:28 来源：cnBeta

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一个考虑到作用在新生行星上的各种力量的新模型可以解释在3800多个已知行星系统中观察到的两个令人困惑的现象。第一个谜团是"半径谷"，指的是半径为地球1.8倍左右的系外行星异常稀少。根据美国宇航局开普勒航天器的观测，这种大小的行星比超级地球（半径约为地球的1.4倍）和小海王星（半径约为地球的2.5倍）少大约2-3倍。第二个谜团被称为"豆荚里的豌豆"，指的是在数百个行星系统中存在着大小相似的相邻行星，包括TRAPPIST-1和开普勒-223。

"我相信我们是第一个使用行星形成和动态演化的模型来解释半径谷的人，该模型自洽地解释了观测的多种约束，"莱斯大学的André Izidoro说，他是最近发表在《天体物理学杂志通讯》上的一项研究的通讯作者。"研究还能够表明，包含巨大撞击的行星形成模型与系外行星的豌豆荚特征是一致的。"

一幅描述美国宇航局开普勒航天器观察到的约为地球1.8倍大小的系外行星的稀缺性的插图。

莱斯大学NASA资助的CLEVER行星项目的韦尔奇博士后Izidoro和合著者使用一台超级计算机，利用行星迁移模型模拟了行星系统发展的前5000万年。在该模型中，产生年轻行星的气体和尘埃的原行星盘也与它们相互作用，将它们拉近它们的母星并将它们锁定在共振轨道链中。当原行星盘的消失导致轨道不稳定，导致两颗或更多的行星相互撞击时，这些链条在几百万年内被打

André Izidoro是莱斯大学NASA资助的CLEVER行星项目的韦尔奇博士后研究员。资料来源：Jeff Fitlow/莱斯大学

行星迁移模型已经被用来研究那些保留了共振轨道链的行星系统。例如，Izidoro和CLEVER行星项目的同事在2021年使用迁移模型计算了TRAPPIST-1的七颗行星系统在轰击过程中可能承受的最大破坏量，并且仍然保留了其和谐的轨道结构。

在这项新的研究中，Izidoro与CLEVER行星的研究人员Rajdeep Dasgupta和Andrea Isella（两人都来自莱斯大学）、加州大学洛杉矶分校的Hilke Schlichting以及德国海德堡马克斯普朗克天文研究所的Christian Zimmermann和Bertram Bitsch合作。

Izidoro说："年轻行星向其宿主恒星的迁移造成了过度拥挤，并经常导致灾难性的碰撞，使行星失去其富氢的大气层。这意味着巨大的撞击，如形成我们月球的撞击，可能是行星形成的一般结果。"

研究表明，行星有两种"口味"，一种是超级地球，干燥、多岩石，比地球大50%，另一种是迷你海王星，富含水冰，比地球大约2.5倍。Izidoro说，新的观察结果似乎支持这些结果，这与传统的观点相冲突，即超级地球和迷你海王星都是完全干燥和岩石的世界。

基于他们的发现，研究人员做出了可以由美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜来证实的预测。例如，他们认为一部分约为地球两倍大小的行星将同时保留其原始的富氢大气，并富含水。

关键词：约翰内斯开普勒美国国家航空航天局