天文學(xué)家在一個(gè)系外行星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了行星多樣性的新證據(jù)，表明巨大的高速碰撞是行星演化的部分原因。一個(gè)由意大利國家天體物理研究所(INAF)領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，包括布里斯托爾大學(xué)的物理學(xué)家，花了三年時(shí)間通過拉帕爾馬的納齊奧內(nèi)爾伽利略望遠(yuǎn)鏡觀測了開普勒-107系外行星系統(tǒng)。他們收集了開普勒-107中所有四顆質(zhì)量低于海王星行星的100多份光譜測量數(shù)據(jù)。

開普勒-107是以美國國家航空航天局(NASA)開普勒太空望遠(yuǎn)鏡(Kepler space telescope)命名。與地球與太陽的關(guān)系不同，Kelper-107系統(tǒng)中的行星彼此之間以及主星(相當(dāng)于我們的太陽)之間的距離要近得多。所有行星的軌道周期都是幾天，而不是幾年。

博科園-科學(xué)科普：離主星最近的行星由于加熱和與主星的相互作用而密度最大，這是很常見的，這可能導(dǎo)致大氣損失。然而，據(jù)《自然天文學(xué)》報(bào)道，在開普勒-107的例子中，第二顆行星107c的密度比第一顆行星107b的密度大。如此之大，以至于107c的核心含有至少兩倍于107b的鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這表明在某個(gè)時(shí)刻，107c與質(zhì)量相同的原行星發(fā)生了正面高速的巨大碰撞，或與質(zhì)量較低的多顆行星發(fā)生了更多碰撞。這些撞擊會撕裂Kepler-107c部分巖石和硅酸鹽地幔，表明它現(xiàn)在比原來密度更大。布里斯托爾大學(xué)物理學(xué)院的計(jì)算天體物理學(xué)家Zoe Leinhardt博士是這篇論文的合著者，他解釋說：

模擬碰撞視頻的其中一幀來自于兩倍地球質(zhì)量行星之間高速正面碰撞的流體動力學(xué)模擬。材料的溫度范圍由灰色、橙色、黃色和紅色四種顏色表示，其中灰色是最冷的，紅色是最熱的。這種碰撞會噴射出大量硅酸鹽地幔物質(zhì)，留下一顆高鐵含量、高密度的殘余行星，類似于開普勒-107c的觀測特征。圖片：Zoe Leinhardt和Thomas Denman，布里斯托爾大學(xué)

巨大的撞擊被認(rèn)為在塑造我們現(xiàn)在太陽系中扮演了一個(gè)基本的角色。月球很可能是這種撞擊的結(jié)果，水星的高密度也可能是，冥王星的大型衛(wèi)星Charon可能是在一次巨大的撞擊后被捕獲，但直到現(xiàn)在，還沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明巨大的撞擊發(fā)生在太陽系以外的行星系統(tǒng)中。如果我們的假設(shè)是正確的，它將把我們太陽系形成的一般模型與一個(gè)與太陽系非常不同的行星系統(tǒng)聯(lián)系起來。INAF研究員、第一作者阿爾多·博諾莫(Aldo Bonomo)表示：有了這一發(fā)現(xiàn)，在理解小型系外行星組成的非凡多樣性的起源方面又增加了一項(xiàng)內(nèi)容。已經(jīng)有證據(jù)表明，強(qiáng)烈的恒星輻射導(dǎo)致了這種多樣性，導(dǎo)致最熱行星的大氣層部分或全部被侵蝕。

然而，原行星之間的隨機(jī)碰撞也起到了一定的作用，可能會導(dǎo)致系外行星內(nèi)部組成的劇烈變化，正如我們認(rèn)為開普勒-107c的情況一樣。來自哈佛大學(xué)地球與行星科學(xué)系生命起源計(jì)劃和哈佛-史密森天體物理中心的合著者李曾補(bǔ)充說：這是開普勒太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)并描述眾多有趣系外行星系統(tǒng)之一。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了早先的理論工作，即行星之間的巨大碰撞在行星形成過程中發(fā)揮了作用。巨大的撞擊被認(rèn)為發(fā)生在我們自己的太陽系。如果災(zāi)難性的破壞經(jīng)常發(fā)生在行星系統(tǒng)中，那么天文學(xué)家預(yù)測，隨著越來越多的系外行星密度的確定，將會發(fā)現(xiàn)許多其他的例子，比如開普勒-107。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?布里斯托大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-018-0684-9

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