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行星可以有多老?最古老的行星是哪个?

发布时间:09月10日 12:33 内容来源:IT之家 责任编辑:张璠   阅读量:7820   

我们知道,宇宙从诞生之初到现在已经 138 亿年。在这 138 亿年间,宇宙中形成了无数的行星。这些行星有些刚刚诞生于原行星盘,有些则是像地球一样正值壮年,而有些却早已随着宿主恒星的死亡灰飞烟灭。那么在现存的行星当中,已发现的最古老的会是哪一颗呢?

夜空中肉眼可见的这些恒星,它们通常都是至少几倍太阳质量以上的大质量恒星。我们知道,恒星质量越大寿命越短,所以对于这些大质量的“短命鬼”来说,在它们周围即使有行星年龄也不会太大。

那红矮星这种小质量恒星,它们可是称得上“寿与天齐”,寿命通常可达百亿、千亿甚至万亿年,那最古老的行星有没有可能出现在红矮星周围呢?

之前说过,宇宙的初代恒星应该都是些不含金属元素的超大质量恒星,很明显红矮星这种“小不点”出现的应该没那么早。这在观测上也得到了证实,目前观测到的红矮星几乎都富含金属,说明构成它们的材料少不了上代恒星的参与。

另外初代恒星由于不含金属元素,这非常不利于行星的形成。根据传统的行星形成理论,行星需要先有一个金属的核心,然后才能通过吸积快速增加质量形成足够大的行星。所以不说无金属星,就是贫金属星它周围的行星都很罕见。

那么古老的行星会在哪呢?

其实刚才的推测大体思路是对的:行星要想足够老,恒星年龄小不了。那么老年恒星哪里寻,球状星团可以找一找。

被喻为“恒星养老院”的球状星团,它里面的恒星通常都是些百亿岁的“老人”。有些星团本身的年龄甚至比宿主星系还要老,这就像生活中有些老人,他们往往亲眼见证了所在城镇的兴衰。

但是不管是大质量恒星,还是质量相对较小的二代恒星,它们都会随着时间的推移最终寿终正寝。一旦宿主恒星经历超新星爆发,对于它附近的行星来说,想要幸存下来…… 也不是完全没有可能。

1993 年,天文学家在位于天蝎座的球状星团 M4 中,发现一个双星系统中的脉冲星它的自转速率存在明显异常。

经过计算研究人员认为,这颗脉冲星应该不止一颗伴星,在更远的距离上可能存在着第二颗伴星。鉴于第二颗伴星的质量非常小,可能只有太阳质量的 1% 左右,所以这意味着它可能是一颗褐矮星或者是行星。

原本这颗脉冲星被命名为 PSR B1620-26 A,它的伴星名字与之相同,只是后缀由 A 变为了 B,所以这第二颗小伴星的后缀便被命名为 c(PSR B1620-26 c)。后来人们发现,后缀为 B 的这颗伴星它的质量仅有 0.34 倍太阳质量,压根就不是颗中子星,而是一颗白矮星,所以人们将其更名改姓为 WD J1623-266。而后缀为 c 的这个小家伙则被归为它们的一颗行星 ——PSR B1620-26(AB) b。

从这个命名可以看出,这颗行星它不是围绕脉冲星在转,也不是围绕白矮星(B)在转,而是围绕它们两个(AB)在转。没错,这是一个环双星系统!

不管怎样,由于星团中的恒星几乎都是同一时期诞生的,而行星通常又是与主星一起形成的,因此这颗行星的年龄有可能和星团一样古老。

球状星团 M4 的年龄预计在 127 亿岁上下,所以如果这颗行星和预想的一样,那么它的年龄应该也在 127 亿岁左右,差不多诞生于大爆炸后 10 亿年的宇宙黎明时期。

作为迄今为止发现的最古老的行星,人们借用《希伯来圣经》中最长寿的人称其为“玛土撒拉”。

注意:这个和“比宇宙年龄还大”的那个“玛土撒拉星”是两码事。那个“玛土撒拉星”是颗恒星,估算年龄在 144 亿年左右。但由于数值的不确定性很大,所以它与宇宙年龄并不冲突。

说回“玛土撒拉”这颗行星,关于它的起源目前仍然不能确定,研究认为它很可能并不在今天发现它的这个地方形成的,而是随着某颗恒星被脉冲星捕获来的。

之前脉冲星行星那期里说过,作为脉冲星的行星,通常来说它要么是在脉冲星周围新形成的,要么是恰巧路过被脉冲星捕获的,甚至也有可能是由伴星演变来的。

而关于这颗行星,天文学家们的猜测则更为复杂,当时可能是这样:

一颗行星随着一颗恒星一起在星团核心的外围形成。随着时间流逝,慢慢地它们开始向核心迁移。后来在那里它们遇到了一对中子星双星,随后这颗外来的恒星带着自己的“孩子”作为第三者加入了该双星系统,然后在不稳定的三体运动中,中子星的“原配”被踢了出去,于是原本的中子星双星变成了中子星、主序星,外加一颗行星。

之后随着时间的推移,这颗主序星逐渐膨胀成一颗红巨星,它的外层物质开始被中子星剥离。而中子星有个特点,它的质量越大体积越小。所以随着物质不断落入中子星,中子星的体积变得越来越小,同时旋转速度变得越来越快,直到自转一圈只要几毫秒,也就是成为了毫秒脉冲星。而旁边的红巨星呢,经历后期爆发后它最终成为了一颗白矮星。至于那颗主序星带来的行星,现在则在围绕中子星和白矮星一起公转。

但是这个解释存在一个问题,就是球状星团 M4 是一个金属含量非常低的星团,刚才说了,根据传统的行星形成理论,在这种低金属含量的环境中行星是很难直接形成的。于是又有人给出了另一种猜测:

又是一个相互环绕的双星系统,不同的是这两颗恒星非常“亲密”,以至于到了演化后期,其中一颗恒星膨胀到把另外一颗包裹了进来。之后随着物质的流失,在它俩的外围慢慢形成了一个星盘。随后在恒星风的作用下,这个星盘甚至延伸到了 100 个天文单位以上。

此时一颗恒星从旁边经过,在该恒星的引力扰动下,星盘中的物质逐渐开始聚集,于是一颗行星便诞生了。该形成过程因为不需要金属内核这个先决条件,所以在缺少金属元素的球状星团中,行星理论上确实可以这么形成。

不管哪种方式,这颗行星的年龄都不会太小,目前它已经围绕双星旋转了上百亿年,那未来它会一直这么旋转下去,直到天荒地老吗?

由于该系统仍在缓慢地向星团核心靠近,随着恒星密度地不断增加,若干亿年后,当系统再一次靠近某颗恒星时,由于小质量天体更容易被甩出,所以这颗行星未来命运可能会脱离球状星团,最终成为一颗游离在星际空间的流浪行星。

参考资料

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