氣態(tài)“宇宙巨人”是怎么長(zhǎng)成的

來源：科技日?qǐng)?bào)

科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

在深邃的宇宙中，有一種行星如同巨人般存在。它們主要由氫和氦構(gòu)成，內(nèi)部通常有一個(gè)致密的核心，卻沒有堅(jiān)實(shí)的表面。我們熟悉的木星和土星，便是太陽系中這樣的氣態(tài)巨行星。

而在銀河系更廣闊的舞臺(tái)上，還有許多系外行星比木星還要龐大數(shù)倍。其中質(zhì)量最大的那些，甚至模糊了行星與褐矮星之間的界限。

這些行星為何能長(zhǎng)得如此巨大？它們?nèi)绾畏e累這般驚人的質(zhì)量？長(zhǎng)期以來，科學(xué)家對(duì)此有兩種猜想：其一是“核心吸積說”，即固態(tài)內(nèi)核在恒星周圍的塵埃盤中逐漸成長(zhǎng)，最終引力強(qiáng)大到能吸附大量氣體；其二是“引力坍縮說”，指氣體云自身在引力作用下快速凝聚成巨型天體。

現(xiàn)在，來自美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，借助詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）的力量，對(duì)HR 8799恒星系統(tǒng)展開深度探測(cè)，為解開這一謎題帶來了關(guān)鍵線索。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表于《自然·天文學(xué)》雜志，揭示了這些巨行星可能以意想不到的方式誕生。

HR 8799系統(tǒng)距離地球約133光年，擁有4顆氣態(tài)巨行星，每顆質(zhì)量均為木星的5—10倍，軌道半徑為日地距離的15—70倍。這樣遙遠(yuǎn)又龐大的系統(tǒng)，曾讓天文學(xué)家懷疑傳統(tǒng)形成理論：在恒星吹散周圍氣體盤之前，行星真能有足夠時(shí)間成長(zhǎng)到如此規(guī)模嗎？

過去，科學(xué)家主要通過分析大氣中的水和一氧化碳來推測(cè)行星起源，但這些分子來源復(fù)雜。于是，科學(xué)家另辟蹊徑，將目光投向硫元素，它們只存在于形成行星的固態(tài)物質(zhì)中，如同行星誕生時(shí)的“化石印記”。如果在氣態(tài)巨行星大氣中檢測(cè)到硫，就意味著該行星很可能通過固態(tài)核心逐步吸積氣體而成長(zhǎng)。

JWST的靈敏度，讓科學(xué)家得以窺見這些行星大氣的深層秘密。他們特別針對(duì)HR 8799c這顆行星進(jìn)行了細(xì)致分析。JWST的高分辨率光譜儀幫助人們首次清晰捕捉到其大氣中包括硫化氫在內(nèi)的多種分子信號(hào)。這些行星雖然只有約3000萬年歷史（是太陽系年齡的1/150），卻已展現(xiàn)出比母星更豐富的重元素含量，進(jìn)一步印證了它們通過逐步積累物質(zhì)而成長(zhǎng)的歷程。

天文學(xué)家奎因·科諾帕基教授認(rèn)為，較早的核心吸積模型確實(shí)難以解釋如此遙遠(yuǎn)又巨大的行星，“但新模型表明，即使在遠(yuǎn)離恒星的地方，固態(tài)內(nèi)核仍可能快速形成并吸附氣體”。

不過，人們雖然揭示了氣態(tài)巨行星的成長(zhǎng)秘密，卻也引發(fā)了更深層的思考：作為一顆行星，質(zhì)量上限究竟在哪里？當(dāng)質(zhì)量達(dá)到木星的15倍、20倍甚至更高時(shí)，它們還能算行星嗎？

或許隨著更先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡對(duì)宇宙的繼續(xù)探索，我們將一步步接近這些“宇宙巨人”的起源真相。