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天文学家在银河系中发现70颗没有恒星的行星

Answer 1

太阳系外行星研究领域继续揭示关于我们宇宙的一些真正令人惊奇的事情。在几十年来只有少数几颗系外行星可供研究之后，天文学家现在总共处理了4,884 颗已确认的系外行星，另有 8,288 颗等待确认。随着詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST)、欧几里得、柏拉图和南希格雷斯罗马太空望远镜(RST)等下一代任务的发现，这个数字预计将在未来几年呈指数级增长。

除了大量了解外行星的类型以及已知哪些恒星会产生它们之外，天文学家还取得了另一个惊人的发现。我们银河系中不乏没有母星的系外行星。使用来自世界各地的望远镜，一组天文学家最近发现了另外 70 颗自由漂浮行星(FFP)，这是迄今为止发现的最大“流氓行星”样本，可供研究的 FFP 数量几乎翻了一番。

负责这一发现的研究团队由波尔多天体物理学实验室 (LAB) 和维也纳大学的博士后研究员 Nuria Miret-Roig 领导。来自实验室、京都国立自然科学研究院(NINS)、法国国家科学研究中心(CNRS ) 以及天文生物学中心(CAB) 和人工情报部门(DIA )的多名研究人员加入了她的行列。） 在西班牙。描述他们发现的研究最近发表在《自然天文学》上。

为了分解它，几十年来，天文学家一直在猜测 FFP（也称为“流氓行星”）的存在，数值模拟表明它们可能完全常见。事实上，一些研究表明，可能有数十亿颗这样的行星漂浮在星际空间中——数量可能超过银河系中的恒星！行星如何流氓的确切机制仍然是个谜，但存在几种理论。

其中，天文学家推测行星有规律地在星际空间形成，它们被与经过的恒星的引力相互作用拉走，超新星将它们踢出，或者它们在太阳死亡后自由漂浮到太空中。正如 Roig 和她的同事在他们的研究中指出的那样，之前的研究已经在年轻的星团和银河场内确定了 FFP。尽管如此，样本在年龄和来源上总是很小或异质的。

此外，流氓行星通常无法在可见光下成像，就像试图辨别绕恒星运行数千倍的系外行星一样。为此，天文学家需要使用非常灵敏的望远镜和仪器。其次，他们还需要在大量场星和背景星系中识别行星质量成员。这相当于大海捞针，但针是最不发光的物体。

为了克服这个问题，Roig 和她的团队将夜空中物体的自行运动与 20 多年来多个天文台获得的多波长测光相结合。其中包括位于拉帕尔马岛（西班牙海岸附近）的艾萨克牛顿小组(ING)、位于夏威夷马努阿基亚的加拿大-法国-夏威夷望远镜以及欧洲南方天文台的甚大望远镜(VLT)、可见光和红外巡天天文望远镜（VISTA）、VLT 巡天望远镜（VST）和MPG/ESO 2.2 米望远镜，均位于智利北部的阿塔卡马沙漠。

他们还依赖于欧洲航天局 (ESA) 天基盖亚天文台的天体测量观测。正如新研究的项目负责人 Hervé Bouy 在最近的 ING新闻稿中所说。

“我们的绝大多数数据来自 ESO 天文台，这对这项研究绝对至关重要。他们广阔的视野和独特的敏感性是我们成功的关键。我们使用了来自 ESO 设施的数以万计的宽视野图像，对应于数百小时的观察，以及数十 TB 的数据。”

最后，该团队利用年轻的流氓行星从形成时仍然温暖的方式，允许敏感的望远镜和相机直接检测。这就是红外和光学望远镜新的深广视野观测发挥作用的地方，它为该团队提供了超过 80,000 张广视野图像（100 TB 的数据）。由此，该团队发现了至少 70-170 个质量与木星相当的新 FFP，它们位于天蝎座和蛇夫座 星座 ，这是离我们太阳系最近的恒星形成区。

正如 Miret-Roig 在最近的 ESO新闻稿中所说，这是有史以来发现的最大的FFP单一样本：

“我们不知道会期待多少，并且很高兴发现了这么多。我们测量了大片天空中数以千万计的光源的微小运动、颜色和亮度。这些测量使我们能够安全地识别该地区最微弱的物体，即流氓行星。”

这一发现也意味着天文学家拥有的数据集将是他们之前的近两倍，这将在不久的将来进行后续观测时派上用场。这个大样本已经在帮助天文学家完善他们关于流氓行星的性质和起源的理论。基本上，在上天蝎座协会中观察到的 FFP 数量超过了天文学家的预期，如果它们只是像恒星在星际介质中那样形成的话。

这表明可能有更多的机制在起作用，而且之前的估计表明我们的星系中可能有数十亿个 FFPs 是正确的。Bouy 说，假设他们在天蝎座上观察到的 FFP 的比例与其他恒星形成区域的相似，那么将会有数十亿颗木星质量的行星在银河系中漫游，甚至更多的地球质量行星——其中许多已经被在银河系中观察到：

“可能有数十亿颗自由漂浮的巨行星在银河系中自由漫游，而没有宿主恒星。这些物体非常微弱，用现有的设施几乎无法研究它们。ELT 对于收集有关我们发现的大多数流氓行星的更多信息绝对至关重要。”

ESO 的超大望远镜(ELT) 目前正在阿塔卡马沙漠建造，预计将在 2027 年收集第一束光线。 凭借其 39 米（128 英尺）的主镜和先进的光谱仪、日冕仪和自适应光学套件，ELT 将能够直接成像系外行星、流氓行星，并表征它们的大气层。同年，美国宇航局的南希格雷斯罗马太空望远镜也将发射太空并开始进行系外行星调查，其中可能包括像火星一样小的 FFP。

“我们确定的 FFP 也是后续研究的绝佳目标。特别是，它们对于在没有致盲主星的情况下研究行星大气至关重要，使观测变得更加容易和详细，”布伊补充道。“与围绕恒星运行的行星大气的比较将提供有关其形成和特性的关键细节。此外，研究这些物体周围存在的气体和尘埃，我们称之为‘环行星盘’，将更清楚地了解它们的形成过程。”

这项研究的另一个意义是它对行星形成和演化模型的意义，这是理解宜居行星和生命起源的关键。米雷特-罗伊格说：

“发现大量年轻 FFP 对行星系统的形成和早期演化具有重要意义，特别是对所涉及过程的时间尺度。我们的观察表明，巨行星系统必须在该地区观察到的生命周期（3-1000 万年）内形成并变得动态不稳定，才能增加 FFP 的数量。目前的研究表明，我们太阳系中巨行星之间的动力学不稳定性可能也发生在早期，尽管它不像我们发现的那样大的行星弹出所需要的不稳定性那么剧烈。”

还有一个令人兴奋的可能性，即 FFP 可以承载生命，可能藏在地下口袋中，放射性元素的缓慢衰变或对流提供必要的热量。另一种可能性是，FFP 的卫星可能拥有厚厚的大气层和表面有水的卫星，从而再次提高了生命存在的可能性。这些可能性中的任何一个是真实的吗？未来几年将有成百上千的 FFP 可供研究，我们会找到一种或另一种方式。