紅矮星周圍宜居行星原行星遷移中或可生長稱更大質量類地行星

來源：科技日報時間：2022-03-01 10:05:54

近日，《皇家天文學會月報》發表了一項中國科學院紫金山天文臺的研究成果，該項工作基于行星形成的模擬研究，揭示了紅矮星周圍宜居行星在原行星盤中的形成機制。

探索地球以外的宜居行星是天文學的基礎研究前沿，相關研究成果將回答“地球是否唯一”以及“行星如何成為生命搖籃”等重大科學問題。目前“開普勒”和“苔絲”等空間望遠鏡發現了3300多顆系外行星，但其中紅矮星周圍的宜居類地行星僅有38顆。紅矮星周圍類地行星的樣本統計分析表明，大部分行星非常接近其母星，距離為0.01—0.2AU(AU為天文單位，1AU約為1.496億千米)，這意味著由多顆類地行星組成的行星系統軌道分布十分緊湊。

紅矮星周圍的類地行星究竟是怎樣形成的?每個紅矮星系統平均擁有多少顆宜居行星?近鄰類太陽型恒星附近是否存在像地球一樣的宜居行星?

通常，科學家通過兩種理論來解釋類地行星的形成：一種理論認為目前觀測到的類地行星基本上在“當地”生成——其當前軌道與初始軌道幾乎相同，即原位形成機制。還有一種理論認為，這些行星最初并不在當前觀測的軌道位置，在行星形成過程中與原行星盤發生角動量交換，從而引起行星向內遷移或向外遷移(反向遷移)，最終抵達當前軌道，即軌道遷移機制。因此基于不同的原行星盤模型及行星形成理論，科學家可深入探究紅矮星附近類地行星的形成演化歷史。

研究人員基于行星形成的數值模擬，發現在原位形成機制中行星僅能吸積附近幾個希爾半徑內原行星盤的物質，但由于缺乏含水物質的傳輸，因此導致形成的行星一般不具有宜居性。不同的是，軌道遷移機制下的原行星，在其遷移過程中可吸積較多星子而生長成質量更大的類地行星。

在向內遷移的模型中，研究人員觀察到所形成的超短周期類地行星分布在距離紅矮星0.01—0.03AU內;而反向遷移機制模型中，則考慮了原行星盤不同的加熱機制，在盤內側、行星遷移方向發生翻轉而向外側遷移，最終在黏性加熱與輻射加熱(不相接觸的物體通過熱輻射交換能量，使熱物體對冷物體加熱的過程)的過渡區域附近停止遷移，反向遷移機制可解釋紅矮星周圍類地行星的軌道分布特征。

研究團隊進一步揭示了紅矮星系統中類地行星的生成率，例如原位形成模型中可平均生成7.77個質量約為1.23M⊕(M⊕為地球質量)的行星;而向內遷移與反向遷移機制可分別平均產生2.55個質量約為3.76M⊕和2.85個質量約為3.01M⊕的類地行星。研究人員從行星質量、軌道半長徑和偏心率分布等方面將模擬結果和實際觀測樣本進行分析對比，發現反向遷移機制形成的行星分布與觀測數據具有較高的吻合度，這就揭示了紅矮星周圍宜居類地行星可能的形成機制。

為深入研究類太陽型恒星和紅矮星周圍的宜居行星，中國科學院紫金山天文臺提出了“近鄰宜居行星巡天計劃”，即采用空間高精度天體測量法來尋找首顆近鄰類太陽型恒星周圍具有地球質量的宜居帶類地行星。而本項工作為探索紅矮星宜居行星形成演化提供了新思路，亦為“近鄰宜居行星巡天計劃”尋找類地行星提供了理論依據。

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標簽：紅矮星星系宜居行星反向遷移機制行星模擬

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