众所周知，在我们的宇宙中，遍布着各种大小、质量的恒星和行星。但除了恒星和行星之外，宇宙中还存在着一类非常有意思的天体：它们的质量类似行星，但不受任何恒星的引力约束。它们就像“流浪者”一样在宇宙中自由飘荡。



近日，韦布空间望远镜（JWST）对约960光年之外的产星团NGC1333进行了最深入的观测。研究人员发现了6个可能的“流浪世界”，它们的质量是木星的5到15倍，其中质量最小的一颗流浪天体还带有一个盘。这些神秘的天体提供了新的证据表明，创造恒星的过程也可能在制造比木星略大的天体上发挥着作用。论文已被《天文学杂志》接受。





  行星的形成  



通常认为，要形成行星质量的天体至少有两种方式。一种是年轻恒星周围的气体和尘埃盘中“自下而上”的过程，就像太阳系一样。具体来说，行星可以从绕太阳的原行星盘中的气体和尘埃的原材料中吸积形成，并稳步增长，变得越来越大。



还有一种形成方式是“自上而下”的，也就是在引力的作用下，行星同样可以像恒星一样直接从气体和尘埃云中坍缩。



对流浪天体而言，很可能源于“自上而下”的过程。但是，它们也有可能最初形成于某个恒星系统，最终由于与其他天体的引力相互作用，被抛出了出去。


NGC 1333的宽视场拼接图，其中三个新发现的天体NN1、NN2和NN3用绿色圈出。（图/ ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana）



这些新发现的流浪世界是气体巨行星，质量是木星的5到15倍，其中质量最小的一颗周围似乎还存在一个原行星盘。



尽管JWST具有足够的灵敏度来探测小于5倍木星质量的流浪星球，但却没有找到这样的天体。研究人员认为，这暗示着，这些流浪世界很可能是通过类似形成恒星的方式形成的，而5倍木星质量是这种自上而下形成过程的下限。而比这一临界值更轻的天体更有可能以行星的方式形成。



除了6个流浪世界之外，天文学家利用JWST上的NIRISS（近红外成像仪和无缝隙光谱仪）测量了星团中被观测部分的每个天体的红外光谱，并重新分析了19个已知的褐矮星。他们还发现了一个新的褐矮星，带有行星质量的伴星，这本身就是一个相当罕见的发现，也对双星系统的形成理论提出了挑战。



恒星（比如太阳）之所以发光是因为其核心发生了热核反应，通过将氢聚变成氦，从而释放出巨大的能量。褐矮星与恒星一样，都是由气体在自身引力的作用下坍缩成致密核心所形成的。但不同的是，褐矮星的质量不足以在核心引发氢的聚变。所以，褐矮星有时被称为“失败的恒星”。（图/ NASA, ESA, A. Simon, SDO, JPL-Caltech, and E. Wheatley）





  模糊的界限  



这不是JWST第一次发现自由飘荡的行星。例如，2023年，天文学家在猎户座星云中发现了约40对自由飘荡的气体巨行星双星。



这些自由飘荡的天体实际上模糊了天体的分类，因为它们的质量与气态巨星和褐矮星重叠。尽管这类天体在银河系中被认为非常罕见，但新数据显示，它们占到了目标星团中天体的10%左右。



此外，在流浪天体周围发现的盘更令人兴奋。或许，这是一个微型行星系统的苗圃，规模要比我们的太阳系小得多。但从这个盘中形成的天体，究竟算是迷你行星还是卫星，同样是个值得争论的问题。



研究人员认为，这些成果都探索着恒星形成过程的极限。比如，一个看起来像年轻木星的天体，有没有可能在合适的条件下发展成恒星？这对了解恒星和行星的形成都非常重要。



#创作团队：

撰文：Takeko

排版：雯雯

#参考来源：

https://hub.jhu.edu/2024/08/27/rogue-worlds-james-webb-space-telescope/

#图片来源：

封面图&首图：ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana