那些流浪的天體究竟是不是行星？屬于哪一類行星？

“流浪地球”是科幻，但“流浪行星”真實(shí)存在。近日，由北京大學(xué)物理學(xué)院天文系教授東蘇勃領(lǐng)銜的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，首次成功實(shí)現(xiàn)對(duì)一顆流浪行星候選體的直接質(zhì)量測(cè)量，確認(rèn)它是一顆質(zhì)量與土星相當(dāng)?shù)男乔颍C實(shí)了其行星身份。這項(xiàng)成果發(fā)表在頂級(jí)期刊《Science》上，證實(shí)了銀河系中普遍存在不繞任何恒星運(yùn)行的孤獨(dú)行星，為科幻般的想象提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)

什么是流浪行星？

在太陽(yáng)系，八大行星井然有序，沿著近圓的軌道繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。但銀河系中卻存在著數(shù)不清的“異類”：它們不受任何恒星的引力束縛，獨(dú)自漂流在星際空間，被稱為流浪行星。

它們的產(chǎn)生主要有兩種途徑。一種是“被驅(qū)逐”：行星間的引力相互作用，可能導(dǎo)致較小的行星被彈出原有系統(tǒng)；二是“自形成”：一些質(zhì)量不足以變成恒星的星際氣團(tuán)，可能會(huì)直接坍縮形成行星質(zhì)量的天體，從而天生就沒(méi)有宿主恒星。

想要探測(cè)這些流浪行星是極為困難的。它們自身不發(fā)光，因此捕捉其真身的唯一機(jī)會(huì)，是當(dāng)其恰好從遙遠(yuǎn)背景恒星前方掠過(guò)時(shí)。那一瞬間，根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，它的質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致周圍時(shí)空彎曲，從而使背景恒星發(fā)出的光線在途經(jīng)時(shí)偏折。這就像為地球上的觀測(cè)者臨時(shí)放置了一塊“宇宙放大鏡”，會(huì)聚光線，導(dǎo)致背景恒星出現(xiàn)短暫的增亮。這種基于引力彎曲光線的現(xiàn)象，被稱為微引力透鏡效應(yīng)。

圖源：喻京川， Serge Brunier

然而，一瞬間的閃光僅僅只能證明那里有個(gè)“流浪行星候選體”。由于光線偏折的角度同時(shí)受透鏡天體質(zhì)量和距離的雙重影響，二者無(wú)法區(qū)分。而質(zhì)量恰恰是判定天體身份和性質(zhì)的核心依據(jù)。也就是說(shuō)，那些流浪的天體究竟是不是行星？屬于哪一類行星？這一難題的破解，得益于一次天時(shí)地利的“三角觀測(cè)”。

為了理解這次“三角觀測(cè)”的原理，讓我們一起做個(gè)小實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)你伸直右手臂，豎起食指不動(dòng)，然后先用右眼觀察它，再換用左眼觀察。你一定會(huì)察覺(jué)，兩眼一睜一閉之間，手指的位置發(fā)生了輕微的偏移，這便是視差效應(yīng)。借此，大腦能夠感知物體的遠(yuǎn)近。

“我們運(yùn)用的正是視差效應(yīng)，得以提取出這一流浪行星候選體的距離信息，結(jié)合光線偏折的角度，進(jìn)而將它的質(zhì)量和距離分別確定下來(lái)。”東蘇勃說(shuō)。

圖源：藝術(shù)家想象圖（喻京川）

銀河系可能遍布流浪行星

通過(guò)對(duì)地面和蓋亞數(shù)據(jù)的精密分析，研究團(tuán)隊(duì)最終確定：引發(fā)這次微引力透鏡事件的，是一個(gè)質(zhì)量約為木星質(zhì)量五分之一、與土星相當(dāng)?shù)奶祗w。這是首次確鑿無(wú)疑地證實(shí)，它是一顆行星級(jí)別的天體，而非質(zhì)量更大的褐矮星（即介于行星和恒星之間的天體）或恒星。

這項(xiàng)成果為先前基于對(duì)流浪行星候選體的統(tǒng)計(jì)分析及行星系統(tǒng)的引力演化模型所提出的推測(cè)提供了有力確證：銀河系中，無(wú)家可歸的流浪行星數(shù)量可能高達(dá)數(shù)千億乃至上萬(wàn)億顆。“我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步表明，銀河系可能遍布著流浪行星，它們很可能是被原生行星系統(tǒng)‘拋射’出來(lái)而形成的。”東蘇勃教授說(shuō)。

這項(xiàng)由北京大學(xué)主導(dǎo)、匯聚全球十個(gè)國(guó)家科研人員智慧的研究，不僅解決了一個(gè)長(zhǎng)期懸而未決的問(wèn)題，更標(biāo)志著一個(gè)流浪行星研究新時(shí)代的開啟。

宇宙中那些孤寂的流浪者，從此不再只是隱匿的影子。我們對(duì)行星系統(tǒng)的形成與演化，有了一個(gè)全新的、可測(cè)量的視角。

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