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行星弹跳者：近距行星如何“踢飞”同伴，造就漫游星海的流浪天体？

✨ 它们没有恒星，不靠光照，却可能拥有海洋、磁场，甚至——生命？

艺术家对一颗流浪行星的构想图。图片来源ESOP。DelormeNickRisinger（skysurvey.org）R。SaitoVVVConsortium

流浪行星听起来像是恒星之间罕见的旅行者，摆脱了宿主系统的引力束缚，永远在星际虚空中漂泊。但现代模型表明，这些技术上被称为游离行星（FFPs）的天体实际上非常常见——比雪线以外的行星常见19倍。雪线指的是距离中心恒星足够远、温度低到水、氨、甲烷等氢化合物能凝结成冰的位置。但为什么游离行星如此常见？是什么力量将它们逐出了诞生的恒星系统？北京天文馆的郑晓晨及其合作者发表在arXiv预印本上的一篇新论文给出了一个合理的解释——行星弹跳者。

关于自由漂浮行星（FFPs）形成方式的现有理论范围从孤立气体云坍缩成行星但质量不足以形成恒星，到混乱的行星间散射模式将早期行星射向各种方向。根据该论文，第二种观点更接近事实，但它需要一点额外的动力。

其他太阳系中常见的系外行星有两种类型——靠近其宿主恒星运行的近距离热超级地球和热木星，以及与我们太阳系中的土星和木星相似的遥远冷气态巨行星。但关键的是，许多新形成的恒星也会形成伴星（即双星系统），而这颗伴星会对新行星系统的引力平衡造成彻底的破坏。

弗雷泽谈论了附近流浪行星存在的可能性。

⚙️ 通过冯塞佩尔利多维科扎伊（vZLK）机制这一过程，一个遥远的扰动天体（比如伴星）会缓慢扭曲一颗冷行星的轨道——即一颗绕其主星运行距离很远的行星。经过数百万年，vZLK机制导致行星的轨道被挤压和拉伸，直到它变得高度偏心——本质上把它变成一个长椭圆轨道。

在这个椭圆轨道的一端，闯入行星会与行星密集的内太阳系相遇——短周期超级地球和热木星通常就位于这里。当两条轨道交汇时，一场巨大的宇宙台球游戏便拉开了序幕。这两颗行星不一定会直接相撞，尽管这种情况有时确实会发生。但研究人员发现，在更有可能发生的近距离接触中，两颗行星会交换轨道能量。

因为冷行星与宿主恒星的联系本就相对微弱，这种能量交换产生的微小引力冲击有时足以使其超过逃逸速度，从而打破与宿主恒星的引力束缚，成为一颗流浪行星。根据作者的模拟，热木星在这种弹射效应方面尤为有效——它们有80％的概率会弹出木星质量的闯入行星。另一方面，超级地球弹出木星大小闯入行星的概率仅约6.5％，但擅长弹出其他冷超级地球，将它们驱逐到星际空间的概率达52％。

弗雷泽更多地讨论了流浪行星这一话题。

️ 正如预期的那样，内行星无法毫发无损地度过这一艰巨过程。在某些情况下，引力相互作用会夺走内行星大量的角动量，使其向内螺旋运动并被主星完全吞噬。在其他情况下，即使它们得以幸存，其轨道也会留下深深的伤痕：倾斜角度变得随机，自身轨道高度偏心，有时甚至完全翻转倒置。

进一步分析数据后，作者估计约8％的自由漂浮行星（FFPs）可能来自这类行星弹射相互作用。虽然这看起来不多，但考虑到自由漂浮行星的数量之多，就能看出这类相互作用可能有多普遍。这也凸显了早期行星系统可能具有的动态性、关联性和剧烈程度。

我们将能够利用下一代望远镜（如南希格蕾丝罗马太空望远镜）发现更多新的自由浮动行星（FFPs），其数据将为论文中提出的一些观点提供实验证据。或许在未来某个时候，我们甚至会足够幸运地亲眼目睹早期恒星系统正在经历这一过程——看着另一颗行星被抛入漫长的黑夜。

郑X等人——一种从拥有近距行星的宿主恒星中形成自由漂浮行星的稳健抛射机制

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相关知识
流浪行星是不围绕任何恒星公转的行星，它们可能因形成初期被母星系统的引力弹弓效应抛射，或因形成时未被恒星引力捕获而游离于星际空间。这类行星缺乏恒星光照，表面温度极低，但部分可能通过内部放射性衰变维持热量，甚至存在液态水或生命的潜在条件。

BY: Andy Tomaswick
FY: AI

翻译：AI

审核：天文志愿文章组-