詹姆斯·韦伯太空望远镜成像的猎户座星云图像揭示一个混沌、尘埃的地方,发动出新生的恒星和行星。NASA,
ESA, CSA / Science leads and image processing: M. McCaughrean, S.
Pearson, CC BY-SA 3.0 IGO 荷兰莱顿天文台(Leiden
Observatory)研究行星形成的研究员倪恩科范德马烈尔说,“我们正在缺失某些东西,我们不知道它是什么” 这些不可能的二人组不能被容易的被任何已知的要么恒星要么自由漂浮行星的形成理论解释。但在詹姆斯韦伯太空望远镜宣布后的一周内,研究人员发表了一个大胆的描述巨型行星怎样被成对从它们的家系统中甩出的新想法------一个大多数研究人员已经认为只是不可能的事件。该提案是否能够完全解释整个昏暗、无恒星世界的动物园还有待观察。但研究人员预计一个自由漂浮的世界以及创造它们的恒星系统的被精炼的理解就在手中。 乔治梅森大学(George Mason
University)的天体物理学家彼得·普拉夫坎(Peter
Plavchan)说,“如果(这一发现)真的被证实,那将真是开创性的”,他没有参与探测木星的对。 黑暗世界无处不在 自由漂浮的世界逃避了天文学家的注意几个世纪,因为它们是极端的黑暗。为聚变氢和明亮的照耀,恒星需要至少是木星的80倍的质量。流氓世界是远更轻的,通常被定义为重量小于13个木星。(任何13个和80个木星之间的行星都能聚变一个更重的氢变体并被归类为一颗褐矮星,或者天文学家有时浪漫的叫“失败的恒星”)。
事实上,自由漫游的行星的相对不可见性从前促使一些天体物理学家来好奇是否有足够的这些天体来解释暗物质------出现来一起把持星系的未识别的质量大块。这个问题机动了天文学家在1990年代来搜索这些世界的迹象,他们通过寻找其中它们的引力会扭曲已经在它们前面经过的恒星外观的微妙方式做了这个。这些“微透镜”调查的间接性质并不很好适合识别单个自由漂浮的天体,但它们表明了在那里没有足够的凡是来构成暗物质的。 流氓世界的第一张图像在2000年代来到了,当时天文学家发现一些天体仍然在来自它们的形成热的红外光中辉光。基于这些观测,一个可能的起源浮现了。2010年,包括法国波尔多大学的肖恩·雷蒙德(Sean
Raymond)在内的天体物理学家仿真了行星系统的演化并发现当一颗气态巨行星从它们的家系统中凌空踢一个兄弟姐妹有时会发生,驱逐将幸存者的轨道拉伸成一个椭圆。天文学家已经看到了这些倾斜的轨道,雷蒙德的团队和其他研究人员将这解释为过去行星际创伤的疤痕。 等等,为什么有这么多微弱的成对的东西?Samuel
Pearson, European Space Agency 第一个自由漂浮的世界的实在的目录不是来自行星猎人,而是来自搜索比褐矮星重量甚至更轻的恒星一样天体的恒星猎人。维也纳大学的努里亚·米雷特·罗伊格(Núria
Miret
Roig)和波尔多大学的埃尔韦·布伊(HervéBouy)正在寻找天蝎座中最矮小的褐矮星,天蝎座宿主一个发动出许多恒星和行星的气态星云。在80000张图像中超过2600万个红外光针刺中,他们在20年的观察中搜索了跨他们的视野移动的昏暗发光天体。2021年,他们宣布他们在4到13个木星质量之间已经发现了大约100个候选天体------将已知流氓世界的数量增加了约5倍。 有不止要分析的少数自由漂浮的天体,研究人员然后可以开始询问有关这些世界已经来自哪里的基本问题。一种可能性是它们已经从一个围绕新生恒星的圆盘一样碎屑中凝聚,就像行星做的一样。然后,与一个邻居的机会遭遇已经将它们甩出,以雷蒙德2010年的仿真一样的方式。 第二种可能性是它们已经单独形成了,当时一个孤立的氢和氦云变得足够密集来坍塌成一个球。这是恒星怎样被诞生的,这将使这些世界更不像行星,而更像星系中最小的褐矮星。
詹姆斯韦伯太空望远镜观测了猎户座星云35小时,发现了42对彼此环绕的流氓世界。这里显示了其中的五个对。Merrill
Sherman/Quanta Magazine; source: Mark
McCaughrean and Sam Pearson / NASA, ESA, CSA 皮尔逊花了几个月的时间来逐个像素对齐了猎户座星云的12500张詹姆斯韦伯太空望远镜图像。这项可怕的任务被望远镜的精致灵敏度挫败:许多典型的用作地标的微弱天体盲目了詹姆斯韦伯太空望远镜的超灵敏眼睛。 他说,“通常很难来看的褐矮星正在消灭掉探测器的点点”。这“不只是我从来已经在任何其他望远镜上遭遇的一个问题。 在完成宇宙马赛克后,皮尔逊被回报有他寻找的大量神秘世界的一个丰富:500多个几个木星质量的自由漂浮的天体点缀了猎户座星云。但真正令人惊讶的是,当他仔细观察时他看到了某些最初没有多大意义的东西。一些光点是成对的木星质量天体。他总共数了42对涡旋的木星------这是一个惊人的数字。 皮尔森好奇的回忆说,“等等,为什么会有这么多成对的微弱东西?然后一分钱掉了,我们意识到我们应该非常仔细地观察这个问题”。 从理论的角度来看,这些对搭档似乎几乎是不可能的。它们不太可能是被凌空踢的行星,当一颗行星将另一颗行星踢出一个恒星系统时被甩射的行星几乎总是独自飞走。但它们也不可能是恒星,因为它们中的许多重量只有一颗木星------这个质量太轻了不可能直接由坍塌的气体云形成。该团队将他们的神秘二人组标榜为木星质量双天体或简称JUMBOs,并在10月2日发布的预印本中描述了它们。 这毕竟已经没有被预测到。在那里没有现存的理论会让我们期望以这些数字的宽阔的、自由漂浮的行星天体。Matthew
Bate, University of Exeter 木星质量双天体让恒星和行星形成中的专家措手不及。埃克塞特大学专门研究恒星形成的天体物理学家马谢贝特说,“毕竟这已经没有被预测到。没有现有的理论会让我们期望以这些数字这些宽阔的,自由漂浮的行星天体”。 天文学家此前已经观察到,尽管许多大质量恒星与伙伴穿过太空旋转,但耦合掉的恒星的百分比随它们的质量下降。范德马雷尔说,“我们通常预计趋势会继续下去”。因此,她说,成对的木星质量天体的百分比“应该为零”。跃升至10%还没有在任何人的詹姆斯韦伯太空望远镜宾果卡上 问题是至少有一些巨型可能是海市蜃楼。一个天体位于尘埃的环境中越深(猎户座星云是极端尘埃的),就越难来将它从一个星云后面的一颗遥远的、质量更大的恒星区分开来,而星云后面的恒星会被期望有一个伙伴。在之前的研究中,20%到80%看起来像自由漂浮的世界原来是香草恒星。米雷特·罗伊格说,“目前需要谨慎一点”。 在春天,皮尔逊和麦考里恩将用詹姆斯韦伯太空望远镜再次观察他们的一批自由漂浮的世界,这次是一个更丰富的彩色光谱。这些后续观测将帮助确认通过在它们的大气层中寻找甲烷或水的痕迹证实那个木星质量双天体是真实的,一个木星质量世界的告密签名。 皮尔森说,“一旦你有了光谱,基本上就没有地方可以躲藏了”。