科学家发现:100亿年前,宇宙中已存在“超级地球”

原标题:科学家发现:100亿年前,宇宙中已存在“超级地球”

  一颗行星越老,它的密度可能就越小,因为在它形成时没有那么多的重元素可用。所以研究人员认为,TOI-561b是迄今为止发现的最古老的岩质行星之一。

  茫茫宇宙中,地球是演化出生命的唯一星球吗?为了寻找答案,科学家一直在探测与地球类似的岩质行星――类地行星。

  1月12日,据国外媒体报道,一个国外研究团队发现了一颗“超级地球”TOI-561b。研究人员推测,TOI-561b的体积要比地球大50%,质量大约是地球的3倍,但密度却和地球差不多。

  一般而言,一颗行星越老,它的密度可能就越小,因为在它形成时没有那么多的重元素可用。所以研究人员认为,TOI-561b是迄今为止发现的最古老的岩质行星之一。

  行星形态各异,或源于诞生位置的不同

  “超级地球”可能存在着与地球一样的岩质地表结构。但行星并非只有岩质行星一种,还有气态巨行星等。这些不同结构、不同特性的行星是如何形成的呢?

  中国科学院云南天文台研究员郭建恒向科技日报记者解释说:“一般认为,在行星形成过程中,会先形成一个密度较高的金属或者岩石内核,这个内核进一步吸积周围的气体,进而形成行星。”

  同样的诞生过程,为何会形成不同形态的行星?中山大学副教授刘尚飞表示,气态巨行星和岩质行星形成的时间和位置不同。气态巨行星形成于行星系统较早期,其形成时所处的位置距离主星较远,大约是3―4倍日地距离以上,此时原行星盘有较多的气体,因而当一个较大的金属核形成后,其可以大量吸积气体,从而可以形成质量像木星那么大的气态巨行星。

  而岩质行星则一般是在原行星盘气体消散后,在距离主星较近的位置,即3―4倍日地距离以内,由很多较小的行星胚胎在贫气体环境中经过大量的碰撞后形成的。郭建恒解释道,在这个过程中,行星外壳处在熔融状态,会持续释放出富含水、二氧化碳和甲烷等成分的气体,形成次生大气,太阳系内岩质行星的大气成分,就被认为和这一过程有关。而且对于质量较小的行星,由于其自身引力较弱,还会导致两种结果:一是吸积的气体质量有限;二是吸积的气体可能在主星的“光致蒸发”作用下逃逸,从而形成一颗没有大气或者薄气体包裹的天体。所谓“光致蒸发”,即由于受到主星强烈的辐照,行星的气体包层经过长期的演化可能会损失殆尽。TOI-561b很可能就是一颗这样的天体,它离主星的距离只有地球到太阳距离的百分之一,因此在主星长时间的强辐照下,其大部分氢氦气体的包层被蒸发了,留下了目前所看到的、几乎是岩质的天体。

  距离主星太近,让“超级地球”失去大气层

  TOI-561b的年龄大约为100亿年。在它形成的时候,其主星周围的重元素丰度可能相对较小,因此不容易形成铁镍的金属内核。但组成岩石的化学元素是足够的,因此形成了岩质内核。不过,郭建恒也提醒道,由于TOI-561b的平均密度和地球差不多,并不能完全排除它的内部有一个小的金属核心。

  那么,TOI-561b上是否有生命存在的可能性呢?郭建恒坦言,包括TOI-561b在内,目前发现的绝大多数“超级地球”距离恒星都非常近,极高的温度以及强烈的辐照可并不是生命的福音。

  科学家普遍猜测,在“超级地球”形成的时候,其岩质内核外是有氢氦气体包层存在的,但即使“超级地球”在形成之初拥有类似气态巨行星那样的浓厚气体包层,在经过长期的“光致蒸发”作用后,仍可能只剩下一个裸露的行星核。

  TOI-561b的发现,也预示着宇宙早期行星或存在“光致蒸发”现象。

  科学家推测,“超级地球”不应该在距离恒星如此近的位置诞生。导致这一现象的原因,很可能是“超级地球”原本在距离恒星相对较远的地方形成,然后通过某种方式“迁移”到了目前的位置,“迁移”的具体机制目前尚无定论。

  因此,行星形成的环境和恒星的演化及爆发现象密切相关,此次研究对于探索行星的形成和起源具有一定的推动作用,即这些古老的行星是如何在较低重元素的环境下形成的,与那些在高重元素环境下形成的行星对比,能够帮助我们更好地探索行星的形成机制。

(责编:赵竹青、吕骞)

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