看那些星际空间中的流浪行星

　　流浪行星的艺术想象图。图片来源：Wikipedia
　　截至今日，天文学家共发现了近5000个系外行星。如果要你想象一个系外行星，你的脑海中很可能会联想起它的母星。当然，如果你是一个星战迷的话，或许还会想到不止一颗母星。
　　但是，科学家们最近发现，有数量超乎预期的系外行星正独自游荡在太空中，并不受附近恒星的约束，也不绕任何恒星公转。这就是自由漂浮行星（free-floating planets，缩写为FFPs）。那么，这类行星是如何形成、如何发展为这种存在模式的呢？
　　随着我们发现了越来越多的系外行星，我们对它们的研究也在不断扩展我们对行星是什么的认知，尤其是行星和褐矮星（不能发生氢核聚变的低温恒星）之间的界限已经变得越来越模糊。长期以来，大家都在争论行星与褐矮星的区分界限是什么：是天体的质量吗？是有没有发生核聚变吗？还是天体的形成方式？
　　虽然约一半的恒星和褐矮星是孤立存在的，但另一半则是在多星系统中。我们通常认为行星是围绕恒星运行的从属天体，不过，望远镜技术的改进使我们能够看到太空中更小、更冷的孤立天体，比如因质量太小或温度太低而不足以成为褐矮星的流浪行星。
　　猎户座星云中充满着处于恒星萌芽期的密集气体柱，这里可以通过引力坍缩形成新的恒星。图片来源：Wikipedia
　　目前我们仍然不知道这些天体究竟是如何形成的。恒星和褐矮星是由空间中的尘埃气体团在自身物质的引力作用下向内塌陷形成的。在这个过程中，这团气体会变得更加致密，进而吸引更多物质塌陷，整个过程被称为引力坍缩。
　　最终，这个气体球变得非常密集，温度也非常高，这时便开始了核聚变。恒星通常发生氢核聚变，褐矮星则发生氘核聚变（氘是氢的一种同位素，比氢多一个中子）。流浪行星也可能是通过引力坍缩形成的，只是没有大到足以开始核聚变。这样的行星有可能会围绕恒星旋转，但也可能被甩到星际空间中。
　　如何发现流浪行星
　　流浪行星很难被发现，因为它们很小而且温度很低。它们内部热量的唯一来源是在坍缩过程中残余的能量。而且行星越小，热量辐射得就越快。
　　宇宙中温度越低的天体辐射的光越少而且波长越长。与太阳类似的恒星的辐射峰在可见光范围内，而流浪行星的辐射峰则落在红外波段。由于人们很难直接观察它们，许多流浪行星是通过＂微引力透镜＂的间接方法被发现的。这种方法的原理是，当一颗遥远的恒星在地球上看恰好在流浪行星后面时，恒星照向地球的光就会被流浪行星的引力所扭曲，从而间接证明流浪行星的存在。
　　＂微引力透镜＂法示意图，观测天体会弯曲其后方天体照向地球的光。图片来源：Wikipedia
　　然而，仅仅通过单个事件来探测流浪行星有一个缺点，那就是我们无法保持观测，也不能通过它周围的环境来看到它，因此我们会错过一些重要的信息。
　　要想直接观察流浪行星，最好的方法是在它们＂年轻＂时去观察，＂年轻＂意味着仍有相当可观的热量残留，所以此时正是它们最亮的时候。在最近的研究中，研究人员正是这样去做的。该团队结合了来自一大批望远镜的图像，在上天蝎座区域的一群年轻恒星中找到了一些最为暗淡的天体。
　　他们使用了来自大型通用研究的数据，结合自己最近的观测，生成了这片太空区域跨越20年的可见光与红外光图像。此后，他们努力寻找符合恒星群移动规律的暗淡天体，排除掉距离更远的＂背景＂恒星。
　　最终，该团队在上天蝎座区域发现了70至170个流浪行星。尽管这个数字具有很大的不确定性，但这依然是迄今为止直接确定的数量最大的流浪行星样本。
　　被抛弃的行星
　　根据我们目前对引力坍缩的理解，这个恒星群中流浪行星的数量似乎太多了，它们不可能都是通过引力坍缩形成的。研究人员的结论是，其中至少有10%的流浪行星最开始是作为恒星系统的一部分且围绕恒星公转的。然而，在某个时间点，这些行星可能因为与其他行星的相互作用而被抛出。事实上，研究人员认为这些被抛出的行星可能与那些从一开始就单独存在的行星一样常见。
　　不过，如果你因此害怕地球会被突然抛到太空深处，那可能就多虑了，因为这种事情更可能发生在行星系统形成的早期，那时有很多行星彼此争夺位置。但是在其他时期，如果一颗外来恒星突然闯入这个行星系统，这个系统中的行星还是有可能会被赶出它那温馨的家园。
　　虽然我们远未完全了解这些流浪行星，但现在的研究还是很有价值的。随着新的望远镜技术的出现，我们可以重新观察这些行星，进行更细致深入的研究，这或许会帮助我们揭开这种另类天体的起源之谜。
　　撰文：Joanna Barstow，英国开放大学（The Open University）欧内斯特-卢瑟福研究员。
　　翻译：胡明哲
　　审校：韩佳桐
　　引进来源：theconversation
　　本文来自：中国数字科技馆