新研究表明新生的生态行星可能出人意料地平坦

艺术家想象中的太阳系外行星，称为“热木星”。致谢：uux.cn/NASA/JPLCaltech

根据《对话》（迪米特里斯·斯塔马托斯）：一颗新行星的生命始于一个由气体和尘埃组成的旋转圈，称为原恒星盘。我和我的同事使用计算机模拟表明，这些盘中的新生气体行星可能具有令人惊讶的扁平形状。发表于《天文学和天体物理学快报》 的这一发现可能会增加我们对行星形成的精确理解。

观察刚刚形成且仍在原恒星盘中的原行星是极其困难的。迄今为止，仅观察到三颗这样的年轻原行星，其中两颗位于同一系统PDS 70 中。

我们需要找到足够近的年轻系统，以便我们的望远镜能够探测到来自行星本身的微弱光线，并将其与来自圆盘的光线区分开来。行星形成的整个过程仅持续几百万年，从天体物理学的角度来看只是一眨眼的功夫。这意味着我们需要运气才能在它们形成时抓住它们。

我们的研究小组进行了计算机模拟，以确定行星摇篮中各种热条件下气态原行星的特性。

模拟具有足够的分辨率来跟踪原行星在盘中早期阶段的演化，当时它只是盘中的凝结。该模拟对计算的要求很高，是在英国天体物理学超级计算设施DiRAC 上运行的。

通常，多个行星在一个圆盘内形成。研究发现，原行星的形状被称为扁球体，如Smarties 或M M's，而不是球形。它们主要通过从两极而不是赤道吸入气体来生长。

从技术上讲，我们太阳系中的行星也是扁球体，但它们的扁平度非常小。土星是10%扁圆，木星是6%，而地球只有0.3%。

相比之下，原行星通常有90% 是扁平的。这种扁平化将影响原行星的观测特性，在解释观测结果时需要考虑到这一点。

行星是如何开始的

最广泛接受的行星形成理论是“核心吸积”理论。根据这个模型，比沙子还小的微小尘埃颗粒相互碰撞，聚集在一起，并逐渐成长为越来越大的物体。这实际上是当你床下的灰尘没有清理干净时会发生的情况。

一旦形成足够大的尘埃核心，它就会从盘中吸收气体形成气态巨行星。这种自下而上的方法需要数百万年的时间。

相反的自上而下的方法是磁盘不稳定理论。在这个模型中，伴随着年轻恒星的原恒星盘在引力上是不稳定的。换句话说，它们太重而无法维持，因此它们碎裂并演化成行星。

核心吸积理论已经存在很长时间了，可以解释太阳系形成的许多方面。然而，盘的不稳定性可以更好地解释我们近几十年来发现的一些系外行星系统，例如那些气体巨星的轨道距离其主恒星非常非常远的系统。

这一理论的吸引力在于，行星在数千年内形成得非常快，这与行星存在于非常年轻的圆盘中的观察结果是一致的。

我们的研究重点是通过盘不稳定模型形成的气态巨行星。它们是扁平的，因为它们是由原本扁平的结构（原恒星盘）压缩形成的，也因为它们的旋转方式。

没有平坦的地球

尽管这些原行星通常非常平坦，但它们的核心（最终演变成我们所知的气态巨行星）的平坦程度仅降低了20% 左右。这只是土星扁率的两倍。随着时间的推移，它们预计将变得更加球形。

像地球和火星这样的岩石行星不可能通过圆盘不稳定而形成。人们认为它们是由尘埃颗粒慢慢聚集成卵石、岩石、公里大小的物体并最终形成行星而形成的。它们非常致密，即使是新的也不会明显变平。地球在年轻时不可能被压扁到如此高的程度。

但我们的研究确实支持了盘不稳定性在某些行星系统中的某些世界中的作用。

我们现在正从系外行星发现时代转向系外行星表征时代。许多新的天文台即将投入使用。这些将有助于发现更多嵌入其盘中的原行星。计算机模型预测也变得越来越复杂。

这些理论模型和观测结果之间的比较使我们更加了解太阳系的起源。