寻找系外行星 目前已知有三类

伤我心太深

         来自受损的开普勒空间望远镜最新的数据说明，三类截然不同的系外星系，也就是岩质行星、小型气体行星以及冰质或气体巨行星，可以根据其宿主星系大气中重元素的水平区分开来。

　　天文学家使用NASA受损的开普勒空间望远镜的存档数据发现，恒星周围三类系外行星（包括岩质行星、小型气体行星以及冰质或气体巨行星）的存在很大程度上取决于主星的金属丰度。

　　来自哈佛—史密松天体物理中心以及丹麦哥本哈根大学的拉尔斯·巴克哈夫（Lars Buchhave）及其同事在5月29日的《自然》杂志上发表了他们的发现，并于6月3日在波士顿召开的美国天文学会夏季会议上公布了这一结果。

　　

　　这张艺术概念图描绘了一颗类地系外行星、一颗气体巨行星以及一颗中等尺度的小型气体行星。（图片提供：J. Jauch）

　　当系外行星被鱼贯发现之时，人们知道的大多数星球都是热木星，它们是靠近主星运行的炙热气体巨行星。在20世纪90年代后期，当系外行星总数达到数十个之后，新的关系浮出了水面：热木星经常环绕着高金属（天文界称呼重于氢和氦的元素的行话）丰度的恒星运行。

　　这并不很让人惊讶。这些恒星的化学指纹可以追溯到远古的气体尘埃盘，恒星以及环绕其运行的热木星在其中产生。在盘中，颗粒会彼此抓住，最终形成行星。盘中的金属元素会加快这一过程，在盘面消散之前，会让行星形成核心以及大型气体包层。

　　因此问题就来了：小型行星也遵循同样的趋势吗？

　　在此之前，答案还是否定的。小型行星所环绕的恒星金属丰度分布在很宽的范围内。不过由于数据很少，不能肯定地说小型行星不存在趋势。

　　因此巴克哈夫及其同事审视了一个大得多的数据集，其中包括了405颗恒星的后续光谱，有600颗小型系外恒星后选对象围绕着这些恒星运行。巴克哈夫说：“我们想看一看不同尺度的（小型）行星所环绕的主星彼此差异是否明显。”

　　如果不进行任何分析的话，金属丰度的范围仍然很大。巴克哈夫说：“想要选出一个系统，根据主星的金属丰度来预言周围有何种行星，这是不可能的。”

　　但是当巴克哈夫及其同事进行了统计之后，他们很惊讶地发现了两道明显的分界线。其中一道位于1.7倍地球半径处，另一道位于3.9倍地球半径处。这两道分界线将主星根据金属丰度分为3类，说明存在3类系外行星，每一类都大致与不同的金属丰度成协。

　　巴克哈夫说：“当你审视一个具有统计学显著性的大型样本的金属丰度时，就可以了解主星的金属丰度特性就成为了可能。这说明虽然金属丰度只是影响行星形成的诸多因素之一，看起来它确实在影响行星形成产物的过程中发挥了重要的作用。”

　　虽然离散度很大，巴克哈夫与同事发现，三个金属丰度的范围彼此区分度还是有4.5σ。物理学中确认发现的定律是，1σ可以由离散概率引起，而3σ可以被视作真正的发现。为了证实希格斯玻色子的存在，粒子物理学家必须要做到5σ的探测置信度，因此4.5σ已经很不错了。

　　两道明显的分界线暗示，三类行星族群中存在成分的变化。

　　在我们的太阳系中，我们只有两类明显不同的行星，也就是类地行星，还有气体或冰质巨行星。但是开普勒发现了大量处于中间态的行星，其中包括所谓的超级地球。巴克哈夫说：“因此我们确实想了解这些行星。它们是地球这样拥有薄而浓密大气的岩质星球呢，还是拥有某种延展的氢氦包层的岩石核心，而不具有真正意义上的地表呢？”

　　对于尺度不足地球1.7倍的行星来说，主星的金属丰度通常与太阳相近。这些行星是我们熟悉的类地行星，论文的合作者、哈佛—史密松天体物理中心的戴维·莱瑟姆（David Latham）说，它们是由岩石组成的固态天体，也许有着铁质核心，且只拥有一层浓密的大气。

　　如果恒星金属丰度略高的话，行星的尺度更可能介于1.7到3.9倍之间，小组成员将其称为小型气体行星，它们有着岩石核心，以及由氢和氦组成的厚厚的大气，太阳系中没有此类行星。

　　在地球直径的3.9倍以上是我们熟悉的气体和冰质巨行星，在金属丰度更高（大约是太阳1.5倍）的恒星周围，它们更为常见，这与先前的研究相符。

　　这一结果说明，类地行星需要合适的金属丰度（大致与太阳相当）才能形成。这预示着类太阳恒星周围更容易形成类地行星。

　　虽然巴克哈夫及其同事成功地单纯根据金属丰度区分出了三类截然不同的系外行星，他们还是强调，影响行星形成的因素有很多。

　　来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的系外行星专家贾勒特·约翰逊（Jarrett Johnson）说：“显然数据告诉了我们，金属丰度很重要，但是具体为何是这样的，我们还不是完全清楚。现在的挑战是，要拼出一幅行星形成的完整自洽图像，并解释这项工作的结果以及其他发现。”

　　莱瑟姆称，下一步是使用即将发射的凌星系外行星巡天卫星（TESS）来研究较明亮的邻近凌星行星，以进行后续测量，并确认这些金属丰度与尺度关系的结果。