中國天文學家揭開環雙星系統中行星的軌道形成機制

畫家構思的環雙星行星
中國科學院紫金山天文台以季江徽、宮衍香的天文學家小組對美國刻卜勒(Kepler)太空望遠鏡發現的環雙星系統中的行星(Circumbinary Planets,簡稱CPB)軌道構型研究,顯示CBP軌道的可能形成機制,深化了我們對特殊恆星環境下行星形成的新認識。

截止到2017年4月,刻卜勒太空望遠鏡從4,496個候選體中發現超過3,483個行星系統。在其中一個重大發現,是在主序雙星周圍發現了環雙星的行星。

目前已發現的CPB有11顆,分別在9個主序雙星系統附近運動。這些行星的發現引起了科學家的廣泛興趣,在雙星這樣的特殊環境下它們如何形成?為什麼這些天體會聚集在雙星的不穩定邊界附近?雙星周邊的宜居區又是怎樣?這些科學問題無疑對現有的建立在太陽系這種單恆星系統上的傳統行星形成理論提出了挑戰。行星的核吸積形成理論指出,在離雙星較近處,雙星較強的引力擾動會加劇星子之間的相對碰撞速度,因而不利於星子進一步吸積生長為行星。通常認為CPB是在距離雙星較遠的地方形成,然後通過軌道遷移到當前的位置;但是已有的模擬結果顯示,CPB一般會停止在目前觀測位置的外側,而無法抵達當前的軌道。

在這項研究中,紫臺科研人員提出了一種新的機制-即目前觀測到的CPB軌道構型由雙星系統中行星與行星間的散射機制所致。對多顆CPB在盤中遷移的模擬工作顯示,這些天體首先會進入軌道共振構型,而隨著盤中氣體的消散,它們之間會發生散射。研究發現,行星的質量比和初始的相對位置是決定行星軌道空間分佈的兩個重要因素,行星與行星間的散射機制很好地解釋了目前Kepler所觀測到的CPB軌道構型。

【圖、文:節錄自中國科學院紫金山天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《天文》期刊

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