小而堅固的行星才最有機會在母星死亡之際存活下來


英國華威大學(University of Warwick)天文學家迪米特里·維拉斯(Dimitri Veras)等人最新研究發現:當恆星的恆星逐漸演變成白矮星的過程中,由緻密元素構成的小而堅固的行星,最有機會能避開母星死亡時的潮汐力造成的擠壓和吞噬而存活下來,而均勻岩質行星不被白矮星撕碎的「安全距離」,從維拉斯等人的模擬來看,通常是水星到太陽平均距離的三分之一以外之處。這項系外行星的「生存指南(survival guide)」研究,將有助於天文學家在白矮星周遭尋找可能存在的系外行星。

絕大部分類似太陽的恆星,在走入生命末期時,會因核心和融合反應停止,無法繼續提供熱壓力,使核心在重力作用下收縮成密度極高的白矮星,而外層大氣部分則膨脹形成行星狀星雲。白矮星的強大重力可能會使在周圍的行星改變軌道,推遠到安全之處,甚至將它們推得遠離它們的行星系統,這些行星因而得以存活。此外,在此期間,能將物質緊握在一起的自身重力,大於恆星能使行星分裂的潮汐力,這樣的行星才能在恆星毀滅半徑(destruction radius)以內存活下來;而無法存活下來的行星則被撕碎,使恆星毀滅半徑以內形成了碎屑盤。

所謂的潮汐力(tidal force),是由於重力和距離有關,而天體因為有體積,在靠近恆星一側受到的重力會大於背對恆星的一側,兩端的重力差異會讓天體被拉扯延伸,如果這種差異大於天體本身物質聚集在一起的重力,那麼天體將被撕裂而破碎;反之,則天體可保持完整。

根據維拉斯等人電腦模擬結果,那些大質量的行星在潮汐力交互作用下,比小質量行星更容易被摧毀。然而行星能存活受到許多因素影響,質量並不是唯一的因素,例如:低黏度(viscosity)的系外行星即使位在離白矮星中心達五倍毀滅半徑遠的地方,依然會輕易地被白矮星吞食。土衛二(Enceladus)就是個非常好的均勻且極低黏度天體的例子。至於高黏度系外行星,只有在毀滅半徑兩倍距離以內的區域,才容易被吞食;這些行星基本上全都擁有由比較重的元素構成緻密核心。

不過,這個研究僅限於模擬整體均勻一致的岩質行星,像是地球這樣有著分層結構的行星,情況就會變的複雜許多,這些天文學家必須繼續努力才能解決這個複雜結構問題。

【圖:華威大學;文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁;新聞訊息由林景明提供】

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