在基本层面上,似乎大部分宇宙可以分为两类大对象:恒星和行星。

恒星是一个巨大的燃烧气体球,其主要功能是将氢气融入氦气。它们由巨大的云气组成,最终以足够的质量汇集在一起,以启动核反应。

反过来,行星又来自恒星形成后留下的物质。它们由小块构成,它们聚集成原行星,然后再一起粉碎,形成我们今天看到的大物体。我们太阳系中的大多数其他物体 - 小行星,矮行星,彗星等 - 都是剩余的行星组成部分,这些行星从未完全聚集在一起。

“星星周围的尘埃云形成的大物体”通常是定义行星最快,最肮脏的方式。除非不是。有些物体落在一个奇怪的区间—不够大而不能成为恒星,但又太大而不能成为行星。而其他行星可能永远不会围绕恒星形成。

相互之间

我们相信一颗恒星仍然是氦融合釜的绝对最低质量约为太阳质量的7%,约为73颗木星质量。同样,至少到目前为止,形成一颗行星的物体的上限约为13颗木星质量,或者说0.012颗太阳质量。(木星几乎是太阳质量的0.1%,但不完全。)

在14至74木星质量间,木星群众是天文学家称之为棕矮星的物体,它们既不是恒星也不是行星。科学家们认为它们像恒星一样形成,但从未获得足够的质量来开始氢 - 氦融合过程。相反,他们将氢转化为更重的同位素,称为氘,这个过程产生的能量要少得多。已经发现褐矮星在一定的温度范围内(高达约1900华氏度,并下降到零度以下几度),并发出很少的光,所以大多数望远镜在红外而不是可见光下搜寻它们。

寻求解释恒星和行星之间鸿沟的第一份官方出版文献出现在1962年的一篇论文中希夫库马尔希望探索低质量恒星发生的事情 - 低于0.1太阳质量的恒星。他确定了0.07太阳质量的限制,并将其他所有事物称为“黑矮星”。其他早期文献将所有低于氦聚变极限的文献称为“星际物体”。

一位艺术家对棕矮星的概念。

直到20世纪80年代,研究人员才开始寻找褐矮星状态的候选者,直到1995年,当泰德1和Gliese 229B都被证实为棕矮星时,任何检测都得到了证实。这发生在第一个系外行星出现的时代,引发了激烈的争论。天文学家发现星体周围有类似行星的物体,除非它们太大而不能成为行星。在系外行星的头几年发现的最小褐矮星是恒星HD 110833附近的一颗17颗木星质量物体。褐矮星可能像行星一样绕行,但它们更可能与母星一起形成,并且从未获得足够的质量来点燃。

但有时候,如果没有恒星,那么一种类似星球的东西可能会形成一种微型棕矮星。

去流浪

寻找我们太阳系外的行星已经导致了几个真正的古怪发现。尽管如此,也许找到行星的最奇怪的地方完全在行星系统之外。

这些自由浮动的行星 - 有时被称为流浪行星 - 通常约有5-10颗木星质量。我们只发现了一小撮,因为它们没有发出自己的光,或者至少在可见光波长下的光很少。但是有一些已经出现在红外观测中,它们的位置是由它们旋转产生的热量给出的。

这些物体如何到达那里有两种可能性。最简单的解释是,它们只不过是普通的行星,通过与其他物体的引力相互作用而被抛出家园系统。但是,更有趣的是,它们可能形成在我们从一片气体和尘埃云中发现它们的地方,但独立于任何恒星。如果是这种情况,那么尽管它们是行星大小的,但它们从来没有真正像行星一样形成。如果褐矮星是一颗失败的恒星,那么你可以考虑这些失败的恒星。

哈佛大学Sagan研究员卡罗琳莫利说:“我的工作理论是它们是一种混合物,其中一些可能是形成在磁盘中的行星,被抛出并且其他星球可能成为恒星形成的剩余物。”

莫利研究流浪行星。他们的踪迹可能难以捉摸,特别是如果这个行星不在绕行另一个物体。(估计质量的一个好方法是研究一颗行星或褐矮星在它们的共同重力点上“拖拉”它的主星)她说我们可以研究自由浮动行星的方式之一,重建一个“真实”的行星或不是研究它们如何相对于该地区的其他物体移动。一个与其他恒星和棕矮星组成的流浪行星可能已经形成了一颗恒星,而一颗被驱逐的行星可能正在以自己的轨迹飞驰而过。

还有热的问题。即使一颗独立于恒星形成的物体的大小不足以成为褐矮星,它仍然可能在其形成过程中留下大量热量。大多数行星可能会稍微凉快一些,这取决于他们的年龄。但有些物体似乎是自己形成的,但看起来非常冷。

“现在没有什么好名声,”莫利说。“大多数人把它称为一个非常冷的棕色矮人。”

确定流浪星球本质的最简单方法是用詹姆斯韦伯太空望远镜观察它们,然后看看它们是由什么组成的。一种更加褐矮的组成可能意味着它们是由塌陷的气体云组成的,而不是从它的家庭系统中抛出的行星。

扭曲

不过,对于一些自由浮动的行星还有另一种可能性。也许有些人并不像星星或像行星一样形成。相反,他们可能是暴力时期形成的巨大云彩。

当一颗恒星遇到黑洞时,所有地狱都会破裂。黑洞将虹膜中的气体从一种称为潮汐破坏事件的气体中吸走 。

根据哈佛大学Eden Girma 2017年的一项研究,你可以从超大质量黑洞消耗恒星时产生的碎片中产生行星或类似的东西。从本质上讲,黑洞弹出的物质射流会产生一到两个木星质量的气体云。它们是行星大小的,但不会形成鹅卵石,而且几乎可以肯定与小褐矮星几乎没有相似之处。相反,他们从暴力装配线中抽出来。

像流浪行星一样,这些“行星质量碎片”“独自在那里 - 并且会比抛出的流浪行星还要快,有时候会在银河系外出现。超大质量黑洞的潮汐破坏事件可能产生1,000到10,000个这些物体。发现它们可能是一个不同的问题 - 它们会很快降温并因此几乎不可见,即使我们能够发现它们,也可能很难从相对较小的流浪行星中辨别出其中的一个物体,除了它的速度。

拉伸极限

有些行星存在于我们不希望在中子星上找到它们的地方。中子星是超新星超巨星的核心,凝聚成城市大小的中子物质。(一些大的超新星变成黑洞,这取决于形成它们的恒星的原始质量。)最知名的中子星被称为“脉冲星”,因为它们有规律地“脉动”。虽然它们看起来是寻找行星最不可能的地方之一 - 毕竟,超新星摧毁了它的道路上几乎所有的东西 - 已经发现了一小部分。天文学家寻找脉冲星周围的行星,寻找由轨道物体引起的常规节奏中断。由于许多脉冲星不这样做,我们不认为那里有很多脉冲星。

“有三个不同的系统有脉冲星行星,每个系统都被认为对它们形成的方式有不同的解释,”拉斯维加斯内华达大学的天文学和物理学助理教授丽贝卡马丁说。

1992年,在脉冲星PSR B1257 + 12周围宣布了两颗行星,1994年宣布了第三颗行星。其中一颗行星是大约月球的质量,使它成为迄今为止体积最小的已知系外行星。另外两颗属于被称为“超级地球”的行星类,它们位于岩石行星的上限。

考虑到他们居住在极端的环境中,这些行星是令人震惊的家伙,它们在同一个平面上围绕着像行星一样围绕从碎片盘形成的普通恒星而行。在这个极端环境中的任何行星都应该被消灭。相反,马丁说,这件事可能来自一个不幸的双星。脉冲星从这个伴星里吸走了气体,积聚了大量垃圾,并且随着气体移动,就像垃圾盘一样乱扔垃圾。然后,它们聚集成行星,甚至留下了一些小行星带。

并且一颗脉冲星周边可能根本就不是一颗行星。行星PSR J1719-1438 b比木星稍重 - 但它的实际半径更接近天王星。这使它成为木星密度的近20倍。它非常密集,含有大量碳,因此被称为“钻石星球”。

[天文学家]认为这就是白矮星的遗迹,这就是它如此密集的原因,”马丁说。白矮星是太阳等较小恒星的核心,1438b的最好解释是,它形成一个只有在质量大致为木星时才会减少的质量。它只是质量最小的已知白矮星的四分之一。虽然1438b有可能是一颗恒星,但根据最常见的定义,它现在是一颗行星。

未来

大型望远镜设施可以帮助我们最好地确定哪些行星,或者找到行星和褐矮星之间的物体。“我们发现了很多立即跨越边界的东西,”Morley说。弄清楚哪些是需要密集观察的,并且可能会出现一些古怪的事情。

但是,大型望远镜的时代最终可能会进一步模糊“传统”行星和根据我们对行星形成的最佳理解而简单表面相似的行星之间的界限。我们也可以证实那些以传统方式形成但是已经彻底改变的行星。有几个怀疑的“Chthonian行星”形成了气巨星,但他们的气体被移除,留下了一个密集的岩石行星。

“是什么使一个星球”的辩论是旧的 - 未来几十年将解决一些问题,但可能会开放更多。毕竟,在一个看似无止境的宇宙中,还有什么其他古怪的东西藏在那里?

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