宇宙中为什么会出现流浪行星?这些行星都是怎么来的?流浪行星有一小部分来自宇宙中的恒星系统,还有绝大多数来自星系恒星形成区域那些失败的恒星。
什么是流浪行星,宇宙中有多少这样的行星
在我们的银河系中,包含了几千亿颗恒星,大部分恒星都有自己独特而多样的行星系统。但除此之外,银河系中还有数千亿颗根本没有中心恒星的行星,我们称其为流浪行星。不管是星团、小星系还是大星系都有流浪行星的存在。据我们所知,在宇宙中至少有和恒星一样多的无恒星行星,这意味着我们在天空中看到的每一点光,都有与之数量相当不发光的点,它们都是流浪行星。
这些流浪行星一般很难探测到,只能通过收集它们的红外热信号发现它们,但是我们知道流浪行星的数量肯定比我们目前看到的要多得多。因此我们不禁会想这些流浪行星是从哪里来的?
来自早期的恒星系统
这个可以参考下我们太阳系的形成过程,太阳系起源于一个原始行星盘,行星盘中的物质围绕着中心原恒星运行。引力扰动会从周围吸引了越来越多的物质形成行星,而新形成的中心恒星辐射会逐渐将大部分最轻的气体吹到行星盘外围。随着时间的推移,在行星盘中会形成小行星、岩态行星,在外围会形成气态巨行星。
问题是,行星最初形成的位置并不是它最终的位置,行星不仅受中心恒星的引力作用,还会受到来自周围其他行星的引力拉扯!随着时间的推移,在行星系统中,行星最终会迁移到最稳定的轨道中。
科学家通过一项模拟显示,对于一个像太阳系这样拥有丰富行星的恒星系统(有气态巨行星),在轨道的重新配置中至少会有一颗气态巨行星被踢出太阳系,进入星际介质,那么这颗行星注定就要独自游荡在银河系中。几乎可以肯定的是:这就是一部分流浪行星的来源。
但在随后的观察和计算中发现,这一过程产生的流浪行星所占的比例远低于50%。为了找出大多数无恒星行星的来源,我们必须观察更大的尺度:不仅是恒星系统的形成,还有宇宙中所有恒星的形成!
宇宙中绝大多数流浪行星是所谓的失败恒星
在星系中星团是由冷气体(主要是氢气)缓慢坍缩形成的。在坍塌的气体云中,在引力的作用下局部一些区域就形成了最早、最大的物质结构。当足够多的物质聚集在一起,核心的密度和温度足够高时,就会点燃核聚变!
这就产生了新的恒星和恒星系统,但也会发生其他的事情。星云中首先形成的最大恒星也是那些温度最高和颜色最蓝的恒星,这些恒星也会发出最强的紫外线辐射,电离周围的中性氢气。所以当我们观察宇宙中恒星形成的星云时,实际上是在同时观察两个力相互竞争的过程:
引力,把物质聚集在一起的力
辐射,恒星辐射会电离中性原子,恒星风会将气体云吹向星际空间。
那么这两种力谁会赢?
这取决于我们对“赢”的定义。最大的物质密度形成了最大的恒星,但这些大质量恒星的数量却是所有恒星中最稀少的。较小的(但仍然较大的)物质区域形成了其他类型的恒星,质量越低的区域其形成的恒星数量就越多。这就是为什么,当我们观察一个年轻星团的内部深处时,很容易能看到最亮的蓝色恒星,但这些大质量蓝色恒星的数量远远没有低质量的黄色恒星,尤其是红色暗星多。
如果没有最先形成的恒星辐射,那么昏暗的红黄相间的恒星数量就会变少,但每一颗形成的恒星都会变得更大、更亮、更热!恒星有多种类型,o型恒星是最热,最大,最蓝的,m型星最冷,最小,最红。
在宇宙中每4颗恒星中就有3颗是M级恒星,相比之下,只有不到1%的恒星是O或B级恒星。事实证明,形成恒星的星云约90%的原始气体和尘埃被吹回到了星际介质中,而不是形成恒星。最大质量的恒星形成速度最快,然后开始将恒星形成物质吹走。随着时间的推移,恒星形成区域的物质会越来越少。最终,所有残留的气体和灰尘都会完全消耗掉。
到目前为止,M级恒星(占太阳质量8%到40%的恒星)不仅是宇宙中最常见的恒星类型,而且如果不是大质量恒星不停地吹离、消耗周围的物质,还会有更多的m级恒星出现!换句话说,对于每一颗形成的M型恒星来说,都会伴随着出现很多很多失败的恒星。这些失败的恒星最终会成为流浪行星。
总结:流浪行星会有生命吗
所以宇宙中可能有一些流浪行星是从年轻的恒星系统中被踢出来,但绝大多数流浪行星是曾经失败的恒星,它们从未与恒星接触过,从未存在于任何恒星系统中。
流浪行星在银河系中孤独地游荡,永远不会感受到来自母恒星的温暖,它们曾经是星云演变成恒星的过程受到阻碍而失败的恒星,因此这些行星也根本不可能有生命。这就是流浪行星的由来!