新的研究表明行星的轨道是如何形成的，支持第九行星的存在
理论上遥远行星的插图。图片来源：莱斯大学
（蜘蛛网eeook.com）据莱斯大学：在远离已知行星的寒冷、黑暗的行星系统郊区，神秘的气态巨行星和行星质量默默地围绕着它们的恒星运行——有时距离数千天文单位（AU）。多年来，科学家们一直困惑于这些“宽轨道”行星，包括我们太阳系中难以捉摸的第九行星，是如何形成的。现在，一组天文学家可能终于找到了答案。
在《自然天文学》发表的一项新研究中，莱斯大学和行星科学研究所的研究人员使用复杂的模拟表明，宽轨道行星不是异常现象，而是行星系统发展早期混乱的自然副产品。这个阶段发生在恒星仍然紧紧地挤在它们的诞生星团中，行星在动荡、拥挤的系统中争夺空间的时候。
Rice地球、环境和行星科学助理教授、该研究的主要作者AndréIzidoro说：“从本质上讲，我们正在宇宙街机上观看弹球。”。“当巨型行星通过引力相互作用相互散射时，有些行星会被抛向远离恒星的地方。如果时机和周围环境恰到好处，这些行星不会被弹出，而是被困在极其宽阔的轨道上。”
在这项研究中，该团队进行了数千次模拟，涉及嵌入现实星团环境中的不同行星系统。他们模拟了各种条件，从像我们的太阳系这样的混合了气体和冰巨星的系统，到更奇特的系统，包括那些有两个太阳的系统。他们发现了一种反复出现的模式：行星经常被内部不稳定性推到宽阔的偏心轨道上，然后被星团中附近恒星的引力影响稳定下来。
“当这些引力冲击发生在恰当的时刻时，行星的轨道就会与内部行星系统脱钩，”该研究的合著者、行星科学研究所的高级科学家、高级教育和通信专家Nathan Kaib说。“这创造了一个宽轨道行星——一个在星团分散后基本冻结的行星。”
研究人员将宽轨道行星定义为具有100到10000 AU之间的半长轴，这些距离使它们远远超出了大多数传统行星形成盘的范围。
这些发现可能有助于解释第九行星的长期谜团，这是一颗假想行星，据信在250到1000天文单位的距离绕太阳运行。尽管它从未被直接观测到，但几个海王星外天体的奇怪轨道暗示了它的存在。
Izidoro说：“我们的模拟表明，如果早期太阳系经历了两个特定的不稳定阶段——天王星和海王星的生长以及后来在气态巨行星之间的散射——那么在这段时间内，一个类似第九行星的物体被困的可能性高达40%。”。
有趣的是，这项研究还将宽轨道行星与不断增长的自由漂浮或“流氓”行星联系起来，这些行星是完全从其系统中弹出的。
凯布说：“并不是每个分散的行星都有幸被困。”。“大多数最终被抛入星际空间。但它们被困的速度让我们看到了我们在宽轨道上看到的行星与我们在银河系中发现的独自游荡的行星之间的联系。”
“捕获效率”的概念——即一颗分散的行星与其恒星保持联系的可能性——是这项研究的核心。研究人员发现，类似太阳系的系统特别有效，捕获概率为5%-10%。其他系统，如仅由冰巨星或环双星组成的系统，效率要低得多。
“我们预计每千颗恒星中大约有一颗宽轨道行星，”Izidoro说。“这可能看起来很小，但在银河系中的数十亿颗恒星中，它加起来就是。”
此外，该研究为系外行星猎人确定了有前景的新目标。这表明，宽轨道行星最有可能在已经拥有气态巨星的高金属丰度恒星周围发现，这使得这些系统成为深度成像活动的主要候选者。
研究人员还指出，如果第九行星存在，它可能会在维拉·C·鲁宾天文台全面投入运行后不久被发现。凭借其无与伦比的深入和详细调查天空的能力，该天文台有望大大推进对遥远太阳系天体的搜索，增加探测第九行星或提供排除其存在所需证据的可能性。
Izidoro说：“随着我们对在哪里寻找和寻找什么的理解不断深化，我们不仅增加了找到第九行星的几率，而且为整个银河系行星系统的架构和演化打开了一扇新的窗户。”
