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第48章 j1407b(第2页)

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更关键的是,环系的倾斜角度(约45度)和密度分层(中心密集、边缘稀疏)能完美解释亮度下降的幅度变化:环的中心部分遮挡了更多光线,导致幅度较大的下降;边缘部分遮挡少,形成小幅度的“次下降”

通过拟合,团队算出了环系的核心参数:直径:约12亿公里(是土星环的200倍,相当于从太阳到金星的平均距离);径向厚度:约200万公里(比土星环厚20万倍);环的数量:至少5个子环,之间有3条明显缝隙,最大的缝隙宽约3000万公里(是土星卡西尼缝的6000倍)。

这篇成果发表在2015年的《天体物理学杂志》上,标题直白得令人震惊:《agiantrgsystearoundtheextrarpj1407b》(《系外行星j1407b周围的巨型环系》)。

j1407b从此成了“宇宙中最戴项链的行星”

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二、系统解剖:j1407b的“家庭背景”

与环系细节要理解j1407b的环系,必须先搞清楚它的“母星”

和自身的基本属性——这是一切后续研究的基石。

1母星j1407:一颗“年轻的老恒星”

j1407位于半人马座,距离地球434光年,是一颗k5v型主序星(k型恒星比太阳更冷、更红,体积略小)。

它的关键参数:质量:09倍太阳质量;半径:085倍太阳半径;年龄:约1600万年(通过星震学和星团年龄校准得出);金属丰度:比太阳高约30(意味着它形成时周围有更多重元素,利于行星形成)。

年轻的年龄是j1407b环系存在的“前提”

——恒星形成初期,周围的原始星盘(由气体和尘埃组成)还未完全清除,有充足的物质供环系和卫星形成。

相比之下,太阳已经46亿岁,原始星盘早已消失,只剩土星环这样的“残余”

2j1407b:行星还是褐矮星?j1407b的轨道参数是通过凌日法计算的:轨道半径:约69天文单位(au)——相当于土星到太阳距离的15倍(土星轨道半径55au);轨道周期:约32年——每3年多才会从恒星前方经过一次;质量:10-40倍木星质量(木星质量约19x102?kg)。

这个质量范围让它陷入了一个“身份危机”

:褐矮星的定义是质量≥13倍木星(能进行氘聚变),而行星是≤13倍木星(从星盘中形成)。

j1407b的质量刚好卡在边界线上——如果是10倍木星,它是“超级行星”

;如果是40倍,它是“失败的恒星”

目前,天文学家更倾向于它是“褐矮星-行星过渡体”

:质量足够大,能通过引力收缩产生热量,但又不足以引发持续的核聚变。

不过,这个争议要等更精确的质量测量(比如径向速度法)才能解决。

3环系的“微观密码”

:成分与结构通过分析j1407在光学、红外和亚毫米波的亮度变化,天文学家拆解了环系的成分:主要成分:水冰(约70)、硅酸盐尘埃(约25)、有机分子(约5);温度:环系中心温度约150k(-123c),边缘约100k(-173c)——红外波段的亮度下降更明显,说明环中有大量温暖的尘埃;颗粒大小:从微米级的尘埃到数米级的冰块都有,类似于土星环的颗粒分布,但整体更大(土星环的颗粒多为厘米级以下)。

环系的结构更复杂:子环分层:5个子环按密度从高到低排列,最内层子环靠近j1407b,密度最高;缝隙形成:最大的3条缝隙,可能是由卫星胚胎的引力造成的——就像土星的卡西尼缝由土卫六维持,j1407b的缝隙由质量约为月球到火星大小的卫星胚胎“雕刻”

而成;动态演化:环系不是静态的,而是不断有物质从内层流向outer层,或者被恒星风吹走——这意味着环系在“生长”

或“消亡”

中。

三、环系的起源:挑战传统的“行星环形成理论”

j1407b的环系太大了,传统的行星环形成理论根本无法解释。

我们必须重新思考:如此巨大的环,究竟是怎么来的?1传统理论的局限性行星环的形成有两种主流解释:潮汐撕裂假说:一颗卫星太靠近行星,被潮汐力撕碎,碎片形成环(比如土星的f环可能来自被撕裂的卫星);原始残留假说:行星形成时,周围的星盘物质没有完全聚集到行星上,残留形成环(比如木星的环可能来自未被吸积的星盘物质)。

但这两种理论都无法解释j1407b的环系:如果是潮汐撕裂,需要一颗质量约为10倍木星的卫星靠近j1407b,但j1407b的轨道半径是69au,这样的卫星不可能存在(会被恒星引力撕碎);如果是原始残留,环系的质量需要达到1023kg(是土星环的倍),而原始星盘的剩余物质根本不够——j1407的星盘质量最多只有001倍太阳质量,远不足以形成这么大的环。

2新模型:环系是“卫星形成的中间状态”

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