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理论上宇宙中最大的行星质量有多大,目前发现了这样的行星了吗?

来源:爱乐趣网 时间:2020年05月02日 06:15

原标题:理论上宇宙中最大的行星质量有多大,目前发现了这样的行星了吗?

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宇宙中充满着各种各样的星体,我们根据它们的形成演化、运行规律,将其归为恒星、中子星、黑洞、行星、卫星、彗星、小行星等主要类别,除了周期性运动的差异之外,决定着不同星体最终演化归宿的就是星体的质量。这是恒星向着中子星、黑洞方向演化的直接原因,而决定着行星和恒星在诞生之初分化的决定性因素也是质量。那么,我们目前发现的最大行星可以达到多少呢?

星体的形成

一个星体的构成,离不开物质的堆积,而这些物质肯定来源于星际空间。138亿年前的宇宙大爆炸向外释放的巨量物质,成为现在宇宙中众多星体形成的物质来源,而在此后的历史进程中,那些原本随着大爆炸释放出来的质子、中子和电子等微观粒子,慢慢结合成最原始、也最容易形成的氢原子,形成原始气体物质,而后在漫长的时间酝酿之下,这些气体在引力作用下开始聚集,形成密度相对“浓密”的原始星云。

此后,这些原始星云又在引力持续作用下,开始上演了对物质的争夺战,密度越大、质量越大的星云就会有更强的能力吸引更多的气体加入,形成良性循环,最后在这些浓密星云空间中,形成了温度较高、质量很大的很多核心区,周围星际物质开始围绕着这些核心区进行旋转,从而奠定了以后不同星体诞生的“胚胎”。

此后,这些星体“胚胎”在引力扰动的持续影响下,一方面在持续吸引着周围星际物质,另一方面不断进行着相互之间的碰撞和融合,从而形成更加强势的核心区,为后来星体的形成以及演化的程度奠定了坚实的基础。

恒星和行星形成过程中的不同命运

从一个恒星系的形成演化过程可以看出,系内的恒星和行星基本上都是在同一历史阶段形成的,其组成物质基础都是这个区域内原有的星际物质,在内核分别形成之后,其不同的演化进程,取决于两个方面的因素:

一是核心区的质量。核心区越大、质量越高,则对外界物质的引力值就越大,从而可以吸聚更多的星际物质加入其中,进一步壮大核心区势力范围。二是周围星际物质的总量。核心区周围星际物质密度越大,分布越广,则能够被吸入核心区的物质总量上限就会越高,星体发展的潜力就越大。因此,在一个恒星系的形成初期,这些通过吸聚星际物质形成的众多核心区,就会拼命地展开物质吸收的竞赛,那些周围物质密度大、物质总量多的核心区就会形成先天优势,与其它核心区相比,虽然同时起步,但是“发力”环境极佳,从而脱颖而出,形成具有一定统治力的更大核心,就有一定可能将更多的星际气体甚至其它弱势核心也吸入自己的阵营中,从而质量增长速度非常迅速。当星际物质在持续地吸收和碰撞过程中,会引发核心区温度的不断上升,一旦达到氢元素核聚变的温度下限即800万摄氏度左右时,就会激发内部核聚变反应,恒星至此登上宇宙的这个大舞台。

而那些在与恒星内核竞争中失利的核心,一方面在恒星内核强大的引力作用下,大部分星际物质都被恒星内核所吸聚,自身由于吸收星际物质的能力和潜力大幅下降,不足以引发内核的核聚变。另一方面,只能依靠恒星在核聚变时通过向外辐射产生太阳风的作用下,吸收那些没有被恒星吸入而被推离的星际气体以及那些更小的核心区物质,从而在一定限度以内缓慢地壮大自己的力量,最终形成行星。

褐矮星和气态行星都是失败的“恒星”

在恒星和行星分化的过程中,有一类星体的地位非常尴尬,那就是褐矮星。它是一类吸聚物质的质量没有达到一定程度,使得内核的温度达不到氢元素的核聚变临界值,引发不了持续的核聚变的特殊星体。褐矮星由于内核不会发生核聚变,因此其内核温度仅靠初期物质吸聚过程中,众多气体和尘埃物质的相互碰撞和引力坍缩所引发和维持,是呈逐渐下降趋势的,不过,由于内核不会因核聚变而发生物质消耗,因此理论是它的降温过程相当漫长,可以长达几千亿前,由于宇宙的诞生时间仅有138亿年,所以到目前为止我们还没有观测到一颗完全冷却的褐矮星。科学家们根据褐矮星的这种特殊的性质,将它们单独归为一类,即不是恒星,也不是行星。

另外,已经被降为行星等级的星体,其命运也是不尽相同。由于恒星太阳风的强大吹拂能力,使得靠近恒星的众多星际气体、微小核心区以及星际尘埃都被吹离距离恒星很远的区域,只在附近留下质量更大、物质密度很高的岩质物质,所以在距离恒星较近的轨道上只能形成岩质行星,其体积和质量都不会太大。而那些在距离恒星较远处的轨道内,就会比这些岩质星有进一步扩大自己力量的潜力和物质来源,从而能够以核心区为中心,吸聚更多的气体物质加入进来,形成体积和质量都相对较大的气态行星。

就比如太阳系内的木星,其正好处在岩质行星和气态行星形成的交界地带,一方面具有比近日轨道内的行星更多的气体物质来源,另一方面也比距离太阳更远轨道的那些星体有“近水楼台”的优势,从而形成系内最大的气态行星,其质量要比太阳系内其它行星的总质量还要大1.5倍。

理论上质量最大的行星

通过刚才的分析,行星质量在初期要想有非常大的增长空间的话,必须要满足三个条件:

与恒星的距离不能太近,否则吸聚的物质容易被太阳风吹走,因此必须是气态行星;位置最好处在岩质行星的最外围,能够有条件吸收更多的星际物质;所吸聚的星际物质也不能太多,不足以触发内核的氢元素核聚变反应;由于褐矮星既不是恒星,也不是行星,因此最大行星的质量上限就是褐矮星的质量下限。所以,在满足上述条件时,我们就可以通过应用天文望远镜,在目标星系中进行有目的的探索,即在距离一个恒星系较远轨道上的气态行星。而根据科学家们的测算,当一个星体的质量,达到木星质量的12倍时,就会形成褐矮星,因此理论上气态行星的质量上限就是木星质量的12倍。

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