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中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員鄧洪平帶領(lǐng)的國(guó)際合作科研團(tuán)隊(duì)，提出了形成流浪行星質(zhì)量天體（PMOs）的全新機(jī)制。這些質(zhì)量介于恒星與行星之間的神秘天體，既非傳統(tǒng)恒星形成過(guò)程的產(chǎn)物，也非被驅(qū)逐的巨行星，而是通過(guò)年輕恒星的星周盤(pán)發(fā)生潮汐相互作用直接形成。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)探討星團(tuán)對(duì)行星形成的影響以及恒星形成和行星形成的邊界具有重要意義。

2000年首次被探測(cè)到時(shí)，PMOs是質(zhì)量低于氘燃燒極限的天體，質(zhì)量接近巨行星，卻不被任何恒星所束縛。近5年來(lái)，PMOs觀測(cè)樣本陡增，并被證實(shí)廣泛存在于年輕星團(tuán)中。過(guò)去20多年，科學(xué)家認(rèn)為它們可能是分子云坍縮形成的極低質(zhì)量恒星或是從母恒星系統(tǒng)中被拋射出來(lái)的巨行星。但是，這兩種理論均無(wú)法解釋PMOs的豐度之多、多體系統(tǒng)之繁以及其與恒星運(yùn)動(dòng)特征之間的一致性。

PMOs難以被現(xiàn)有的恒星或行星形成理論解釋?zhuān)偈箍蒲腥藛T提出了早期星周盤(pán)相互作用形成PMOs的全新理論。高精度流體動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩顆年輕恒星的星周盤(pán)以特定角度和速度近距離相遇時(shí)，潮汐力拉伸并形成細(xì)長(zhǎng)的“潮汐橋”。這些橋狀結(jié)構(gòu)在引力作用下進(jìn)一步收縮為致密的線狀分子云，最終斷裂并坍縮成獨(dú)立的天體即PMOs。

模擬顯示，這一過(guò)程在密集星團(tuán)中的產(chǎn)生效率極高。當(dāng)星周盤(pán)以每秒2公里至3公里的速度、300AU至400AU的距離擦肩而過(guò)時(shí)，“潮汐橋”的線密度超過(guò)穩(wěn)定性的臨界值，可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)PMOs，甚至形成緊密的雙星或三星系統(tǒng)。在致密的Trapezium星團(tuán)中，恒星相遇頻繁，且恒星速度彌散恰好在每秒2公里至3公里之間，進(jìn)而形成了PMOs的“搖籃”，孕育了目前觀測(cè)到的最大PMOs群體。但是，在恒星運(yùn)動(dòng)速度彌散很小的IC 348星團(tuán)中PMOs較為稀有。同時(shí)，這些形成的PMOs周?chē)Ａ袅搜诱沟臍怏w盤(pán)。這與觀測(cè)結(jié)果高度吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證該理論的可靠性。

這一機(jī)制能夠解釋PMOs的豐度和性質(zhì)，暗示它們可能代表一類(lèi)全新的天體，為探索宇宙中流浪行星的形成機(jī)制提供了新思路。PMOs或許構(gòu)成了宇宙中既非恒星也非行星的一類(lèi)天體，有望幫助科學(xué)家研究恒星形成和行星形成的邊界。

目前，PMOs觀測(cè)樣本正在迅速增長(zhǎng)，上海天文臺(tái)領(lǐng)導(dǎo)的系外地球巡天計(jì)劃能夠通過(guò)微引力透鏡法高效搜尋流浪行星。該團(tuán)隊(duì)將針對(duì)不同星團(tuán)中PMO發(fā)生率和性質(zhì)開(kāi)展研究，可能揭示這一機(jī)制在宇宙中的普適性。

2月27日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。該工作由上海天文臺(tái)、香港大學(xué)、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣克魯斯分校、瑞士蘇黎世大學(xué)等合作完成。

論文鏈接

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)獵戶座星云中Trapezium星團(tuán)附近區(qū)域的近紅外波段成像

相遇星周盤(pán)之間形成“潮汐橋”并坍縮形成PMO雙星的三維流體力學(xué)模擬示例