上回我們介紹了兩個(gè)位于白矮星和脈沖星周圍的行星，它倆分別也是目前已發(fā)現(xiàn)的體積最小和質(zhì)量最小的行星。最小的行星我們已經(jīng)見識(shí)過了，那最大的行星能有多大呢？
HD 100546 是一顆距離我們 300 多光年的年輕恒星，年齡大約在 1000 萬(wàn)年左右。和我們太陽(yáng)相比它就像個(gè)剛滿月的小 baby。因?yàn)閯偝錾痪?，圍繞它的不是成熟的行星，而是一個(gè)由氣體和塵埃構(gòu)成的圓盤，也就是原行星盤。
在這個(gè)系列第一期里我們說過，目前發(fā)現(xiàn)系外行星主要靠?jī)煞N方式：凌日法和視向速度法。
但是這兩種方式在有原行星盤的年輕恒星這里都不好用。因?yàn)榱枞辗ㄐ行菚?huì)被塵埃盤遮擋；而視向速度法，幼年恒星的光球?qū)佑植环€(wěn)定，會(huì)影響恒星光譜。那怎么辦呢？
對(duì)，直接看！不就 300 多光年嘛，也不是太遠(yuǎn)。
但是說著容易做著難，直接成像法雖然是發(fā)現(xiàn)系外行星的一種重要方式，但它的限制條件比較多。比如行星的個(gè)頭要足夠大，距離恒星要盡量遠(yuǎn)，這樣才不至于被恒星的光芒掩蓋，加上現(xiàn)在又有個(gè)塵埃盤在這礙事兒，想直接看到行星確實(shí)沒那么容易。
不過塵埃盤雖然礙事兒，但也有它的好處。通常巨大的行星會(huì)在塵埃盤中鑿出一條又深又寬的縫隙，盤面上這些縫隙就成了天文學(xué)家在這里發(fā)現(xiàn)行星的線索。
2012 年，天文學(xué)家通過中紅外干涉測(cè)量的方式研究了塵埃盤的間隙特征。然后他們發(fā)現(xiàn)，這里可能存在著一顆超級(jí)巨大的行星，質(zhì)量甚至有 30 倍木星質(zhì)量以上。
不過研究人員也發(fā)現(xiàn)，僅靠這一顆行星來解釋塵埃盤的所有間隙，解釋力可能不太夠。因?yàn)樗且活w正在形成過程中的原行星，這個(gè)離譜的質(zhì)量可能包含了部分塵埃盤或者其他行星的質(zhì)量。另外，如果這顆行星真的達(dá)到這個(gè)規(guī)模的話，那它可能就不能算是行星，已經(jīng)夠資格被稱為褐矮星了。總之，鑒于受限的觀測(cè)手段，別說個(gè)頭，這顆行星是否真的存在都還有很大不確定性。
隨后，另外兩個(gè)團(tuán)隊(duì)針對(duì)該天體進(jìn)行了專門的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在恒星偏北方向的塵埃盤中確實(shí)存在一個(gè)明亮的發(fā)射源。只是這次對(duì)質(zhì)量的預(yù)估已經(jīng)降低到十幾倍木星質(zhì)量?？紤]到這里面的水分仍然不小，研究人員認(rèn)為它應(yīng)該是一顆新形成的氣態(tài)巨行星，而非褐矮星。
此時(shí)這顆行星依然只是一顆候選行星，因?yàn)槲覀冞€缺少關(guān)于軌道周期這些行星的基本數(shù)據(jù)。
2015 年，研究人員首次利用多波段進(jìn)行了高對(duì)比度的成像研究。這次雖然在質(zhì)量上沒有給出更精確的結(jié)果，但是他們這次給出了這顆行星較為精確的大小 ——6.9 倍木星半徑。同時(shí)他們也計(jì)算出其軌道周期大約為 250 年，這意味著該行星的質(zhì)量應(yīng)該不會(huì)特別大。至此，這顆位于原行星盤中的正在形成中的系外行星正式被確認(rèn)。
作為一顆正在形成中的氣態(tài)巨行星，HD 100546 b 它對(duì)于天文學(xué)家來說簡(jiǎn)直是夢(mèng)寐以求的。因?yàn)橄惹拔覀儗?duì)行星的形成過程主要來源于推測(cè)和想象，所以這顆行星對(duì)于行星形成理論是一個(gè)非常理想的實(shí)驗(yàn)樣本。
除此之外研究人員發(fā)現(xiàn)，在這顆行星的外側(cè)，那里似乎還存在著另一顆行星，它的質(zhì)量似乎更大。
六年后，一篇發(fā)表在 2021 年 7 月《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上的文章中，研究人員再次通過阿塔卡瑪射電望遠(yuǎn)鏡（ALMA）對(duì)該原行星盤進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)和分析。這次研究人員利用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（smoothed-particle-hydrodynamic）對(duì)這兩顆原行星進(jìn)行了精確模擬。
在模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果吻合的情況下，這次終于得到了這兩顆行星較為精確地?cái)?shù)據(jù)：那個(gè) 6.9 倍木星半徑的巨行星，其質(zhì)量約為 3.1 倍木星質(zhì)量；而它外側(cè)的那顆質(zhì)量高達(dá) 8.5 倍（甚至可能接近 10 倍）木星質(zhì)量，不過后者目前仍然處于待確認(rèn)狀態(tài)。
6.9 倍木星半徑，單從尺寸來說這已經(jīng)是目前已知行星個(gè)頭的天花板了，但是如果從質(zhì)量來看的話，無論是 3.1 倍還是 8.5 倍，距離極限值都還有些距離。
HD 206893 c 是一顆距離我們 130 光年的系外行星，經(jīng)過精確地動(dòng)力學(xué)測(cè)量，它的質(zhì)量大約在 12.7 個(gè)木星質(zhì)量，如此高的質(zhì)量以至于它的表面溫度接近上千度。
一個(gè)上千度的氣態(tài)巨行星，這聽起來像什么？是不是很像一顆恒星？而在它的外側(cè)還有一顆更夸張的“行星”，它的質(zhì)量甚至達(dá)到了 28 倍木星質(zhì)量，這已經(jīng)妥妥的是一顆褐矮星了。
所謂褐矮星，就是那些因?yàn)槿绷诵┵|(zhì)量從而無法使內(nèi)部的氫發(fā)生聚變，所以不被歸為恒星的一類亞恒星。雖然氫沒法被點(diǎn)燃，但只要達(dá)到 13 倍木星質(zhì)量以上，讓它的同位素氘發(fā)生聚變已經(jīng)足夠了。至于是否能持續(xù)燃燒以及能燃燒多久，這個(gè)和具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。這類“著了但又沒著”的亞恒星就被稱為褐矮星。
所以如果單從質(zhì)量上看，HD 206893 b 確實(shí)不折不扣是一顆褐矮星。因此 HD 206893 算是一個(gè)非常特殊的混合行星系統(tǒng)，因?yàn)樗瑫r(shí)包含了恒星、行星和褐矮星三者。這種情況對(duì)天文學(xué)家來說還是第一次遇到，它對(duì)研究褐矮星和超級(jí)巨行星它們之間的區(qū)別很有幫助。
其實(shí)關(guān)于這類臨界天體如何去分類，目前還存在爭(zhēng)議。比如作為無法成為恒星的褐矮星來說，雖然它已經(jīng)很“失敗”了，但有一類天體比它還“失敗”，就是“次褐矮星”，它的質(zhì)量甚至可以低至 1 倍木星質(zhì)量。
“1 倍木星質(zhì)量”…… 這不就是個(gè)行星嗎？
其實(shí)這里面關(guān)鍵在于它的形成方式：如果它像木星那樣誕生于恒星的原行星盤，那它就是行星；如果它像恒星一樣是由氣體云直接坍縮而成，那么它就是次褐矮星。但是對(duì)于游蕩在星際間的這種次褐矮星，我們叫它“流浪行星”似乎也說得過去…… 是不是感覺挺亂的？沒錯(cuò)，之前直接根據(jù)質(zhì)量劃分，現(xiàn)在還得看它的形成過程，關(guān)鍵是當(dāng)初它具體是怎么形成的現(xiàn)在也很難說。所以關(guān)于是褐矮星還是行星，它們到底怎么區(qū)分，現(xiàn)在仍然存在爭(zhēng)議。
說到這兒我又想起了可憐的冥王星。當(dāng)年國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)還專門開會(huì)探討過是否把它踢出大行星隊(duì)伍，最后冥王星被降級(jí)為矮行星，太陽(yáng)系恢復(fù)八大行星。
這時(shí)候就有人會(huì)說：“你們也太自以為是了，怎么劃分那是人類的事，天體該怎么樣還是怎么樣?！?/p>
沒錯(cuò)，就像鳥類學(xué)和鳥的關(guān)系，小鳥能不能飛輪不到人類說三道四，歸納總結(jié)是我們自己的事?！巴晟品诸悺笨刹皇翘煳膶W(xué)家的閑來無事之舉，它不僅為今后的研究提供便利，同時(shí)也代表著我們?cè)谶@方面有了更全面、更深刻的認(rèn)識(shí)，這對(duì)日后的科學(xué)發(fā)展還是有著重要意義的。
本文來自微信公眾號(hào)：Linvo 說宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo
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