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汹涌的潮汐摧毁了巨大而炽热的外星世界

一位艺术家对“热木星”(轨道非常近的气态巨星)被其恒星摧毁的早期阶段的描绘。

一项新的研究表明,天文学家在旧星团中寻找的大多数大的、超热的外星行星可能早就被摧毁了。

研究人员表示,这些所谓的“热木星”“以其极端的温度和类似木星的大小命名”,很可能被潮汐力撕裂,导致它们螺旋进入自己的恒星。这一发现可能有助于指导未来的行星搜寻任务,在相对年轻的星团中寻找较小的行星可能会更幸运。

“行星是难以捉摸的生物,”研究合著者、美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心博士后布莱恩·杰克逊在一份声明中说。“我们发现了它们难以捉摸的另一个原因。”

无法住院的旧集群

十年前,当天文学家开始在恒星密集的球状星团中寻找系外行星时,他们希望能找到许多外星世界。例如,对47 Tucane(简称47 Tuc)星团的一项调查预计将在34000颗候选恒星中确定至少十几颗行星。

但天文学家们却两手空空。

研究人员表示,这一失败可能有几个原因。首先,球状星团是行星的粗糙邻域。星团中恒星的高密度意味着行星可能会被附近的恒星踢出太阳系。

此外,到目前为止调查的47个Tuc和其他星团的金属丰度都很低。研究人员表示,它们缺乏比氢和氦更重的金属元素,而氢和氦是制造行星的原材料。

这项新的研究提出了另一种解释:47 Tuc和类似的星团可能曾经拥有热木星的气态巨行星,其轨道距离母恒星的距离至少是水星距离太阳的三倍。但潮汐力早就摧毁了它们。

猛烈的星潮

研究人员说,在热木星狭窄的轨道上,这颗巨大行星的引力可以在其母恒星上产生潮汐,也就是说,凸起,就像月球的引力在地球上引起海洋潮汐一样。

当行星绕轨道运行时,恒星上的凸起指向行星后面一点,并基本上拉向它。这种阻力降低了热木星轨道的能量,行星向恒星移动了一点。

这导致恒星上的凸起变得更大,并从行星轨道上消耗更多的能量。研究人员表示,这种“称为潮汐轨道衰变”的过程持续了数十亿年,直到行星撞向恒星或被恒星引力撕裂。

杰克逊说:“这些行星的最后时刻可能非常戏剧性,因为它们的大气层被恒星的引力撕裂了。”

杰克逊和合著者John Debes,也是美国国家航空航天局戈达德的博士后,模拟了如果47 Tuc星团中的恒星在热木星上释放潮汐效应,它们周围可能发生的事情。

他们重新创建了星团中恒星的质量和大小范围,并模拟了行星的可能排列。然后,他们让恒星的潮汐对近距离行星起作用。

该模型预测,这些行星中有这么多将被摧毁,调查结果将是两手空空。

“我们的模型表明,你不需要考虑金属丰度来解释调查结果,”Debes说,“尽管这种和其他影响也会减少行星的数量。”

前方还有更多测试

Jackson和Debes提出的模型预测,到星团10亿年时,星团三分之一的热木星应该被摧毁。

与我们的太阳系(约有45亿年的历史)相比,这仍然相对年轻。另一方面,47 Tuc星团的年龄可能超过110亿年。研究人员预计,在这个年龄段,96%以上可能的高温木星将早已消失。

开普勒将调查四个疏散星团的恒星群,它们的密度不如球状星团,年龄从5亿年到近80亿年不等。Debes说,所有的星团都有足够的原材料来形成大量的行星。

Debes和Jackson预测,如果潮汐轨道衰变正在发生,开普勒在最年轻的星团中发现的木星大小的行星可能是最古老星团的三倍。确切的数字将取决于恒星的亮度、行星与恒星的距离以及其他条件。

Debes补充道,如果模型成功,集群式的行星狩猎可能会变得更加困难。

Debes说:“那些明显的大行星可能已经消失了,所以我们必须寻找更小、更远的行星。”“这意味着我们将不得不在更长的时间内观察大量恒星,并使用足够灵敏的仪器来探测这些较暗的行星。”


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