是孤独的巨人，还是碰撞的产物？超级木星有着混沌的过去

两颗巨行星碰撞时，一个更大的世界将会就此诞生。

（图解：图示是质量约为木星的13倍的超级木星——Kappa仙女座b。图源：NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger）

基于新的仿真模拟，科学家们认为宇宙中的巨型气态行星时常有可能彼此碰撞后融合，形成一个更大的气态行星——人们把这些大块头叫做“超级木星”。

木星是我们太阳系最大的行星，这件事从宇宙的视角看来有点不寻常。其他几个恒星系统所拥有的巨大的气体行星，其质量至少是木星的五倍。事实上，其中一些“超级木星”尽管仍被认为是行星，但它们已经大到不能再大了。最近的一项研究模拟了这些行星的形成方式，结果表明，是气态巨行星之间的灾难性的碰撞，产生了超级木星。

【行星堆积起来的大家伙】

多年来，天文学家一直想知道超级木星是如何形成的。核心问题是，这些巨大的世界是生来就如此巨大（也就是由围绕新生恒星旋转的物质云中异常大的气体和尘埃团形成），还是开始时很小，后面通过与其他气体巨星合并而达到超大规模的状态。这个问题的答案可以解释为什么我们的太阳系没有自己的超级木星。

来自Flatiron Institute的天文学家董佳隐（音译）和她的同事使用计算机模型观察了几个模拟恒星系统的演化，然后将模拟的结果与真实气体巨星的质量和轨道的测量结果进行了比较。研究人员发现，气体巨星碰撞的系统往往会产生“超级木星”，其轨道与现实中观测到的轨道最为相似。

质量是木星五倍以上的行星是质量最大的气态巨行星，它们的轨道是长而伸展的椭圆形，而不是圆形。天文学家将这些轨道描述为“偏心的”。这样的轨道表明一颗行星有着混沌的前身，因为一颗行星原本标准的圆形轨道扭曲成偏心轨道，往往是因为其他行星的引力推拉。特别是超级木星，其轨道通常会比更小、更像木星的气体巨星更加“偏心”，这表明它们形成于更混乱的恒星系统中，这样的系统中会更频繁地发生行星之间的碰撞——无论是迎头正撞还是九死一生。

在周围尽是相互碰撞的行星巨头这样的环境中，较小的气态巨行星不太可能生存下来。由于质量较低，它们更有可能被抛出系统，或者被经过的“超级木星”拉入，并增加其体积。

董告诉Space.com说：“我们的解释是，较小的木星更有可能是被弹出，因此我们的观测是一种幸存者偏差。”

【灾难中锻造的怪物行星】

董和她的同事对行星开始异常大并不断成长为超级木星的过程进行了模拟。结果显示，在这个时候，它们会混合不同类型的轨道：圆形、极度偏心的轨道以及介于两者之间的轨道。但是，对于在一系列较小的行星堆中形成巨大的气体行星的模拟中，他们得到了一堆轨道非常偏心的“超级木星”。

在真实宇宙中，最大的超级木星大多以狭长的椭圆形围绕恒星旋转，就像董和她的同事们模拟的流浪巨行星碰撞的结果一样。而且，根据研究人员的说法，这足以表明大多数超级木星是在足以将两颗气态巨星融合在一起的碰撞中形成的。

董说：“然而，获得比如轨道倾角、大气成分等更多的观测数据以佐证这个观点才是更好的。”

【寻找巨行星】

除了这些额外的证据，董和她的同事们还想测量更多超级木星的轨道，以及它们的那些更小、更像木星的邻居。

在该团队最近的研究中，巨型行星的轨道都十分靠近它们的主星；有些行星每隔几天绕恒星一周，而另一些行星则需要长达三个地球年才能绕一周（相比之下，木星每4333天绕太阳一周）。天文学家将这些气态巨行星称为“暖木星”，因此真正巨大的气态巨行星将是“暖超级木星”。但董和她的同事们不仅想测量暖超级木星的轨道，还想测量离恒星更远的较冷的木星的轨道。这可能会揭示这些更遥远的世界究竟是通过碰撞形成的，还是它们最初只是恒星系统远端的孤独的巨行星。

与此同时，较小的世界——即“更接近木星的大小，但仍然是像木星一样巨大的行星”——也可以帮助董和她的同事们检验她们最近得到的结论。在最近一轮的模拟中，形成行星堆积链的超级木星往往有一些较小的姊妹行星，质量与我们的木星大致相同。但在模拟的恒星系统中，新生行星恰好从异常大的气体团块中诞生，所有的行星都是巨大的超级木星。

董说，她的团队计划使用智利的麦哲伦望远镜上的行星探测器光谱仪和亚利桑那州WIYN 3.5米望远镜上的NEID仪器，这两种仪器都能测量恒星在轨道行星前后引力作用下的摆动程度，以帮助研究团队在拥有超级木星的恒星系统中寻找更小、更遥远的世界。

BY:Kiona N. Smith

FY:Stella Zhang（张姝铃）

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