神秘的模型表明外行星實際上可能在太空中收縮

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迄今為止，已經確認並確認了超過4000顆圍繞銀河系其他恒星運行的系外行星。從這些系外行星中，出現了一種奇怪的模式：在接近恒星的地球軌道上運行的1.5至2倍大小的系外行星極少，這種現象被稱為小行星半徑間隙。

它們都去哪裏了？它們甚至開始存在嗎？這是一個離奇的謎，但是新的研究可能使我們更接近答案。根據觀察，模擬和建模，這些系外行星很可能確實存在，並在數十億年的時間裏縮小。

紐約熨鬥研究所的天體物理學家特雷弗·戴維（Trevor David）說：“最重要的一點是，行星不是我們有時會認為它們是岩石和氣體的靜態球體。”

小行星半徑間隙於2017年首次發現，很有趣，因為它介於系外行星的兩種分類之間——地球大小的世界和比海王星小的小海王星，但仍然具有非常像海王星的大氣。

科學家們提出了幾種可能的情況來解釋這種奇怪的異常情況。一種是它們可能是這樣形成的，它是由稀疏的物質雲組成的，無法形成海王星般的大氣——但主要理論是系外行星最初形成得較大，然後由於大氣損失而縮小。

這個想法以前曾被研究過，但戴維和他的團隊在他們的分析中增加了一個新參數：系外行星的年齡，它們與恒星同時形成。

他們從加利福尼亞開普勒調查中選擇了一堆小於地球大小十倍的系外行星，該項目旨在測量系外行星及其宿主恒星的精確特性。

這些數據使他們能夠准確地獲得正確大小範圍的種群。然後，他們利用它們的化學成分和光波動來計算恒星的年齡——這兩個特性與恒星的年齡有關。

從那裏開始，下一步是將系統劃分為兩個種群——年齡小於20億年的人和年齡較大的人。（太陽系大約有46億年的歷史。）這樣做後，研究人員注意到了一種有趣的模式。

您會發現質量鴻溝並不完全是空的，而且系外行星的分布似乎是按年齡劃分的。對於較年輕的系統，在1.6半徑半徑區域中的間隙最大。對於較舊的系統，它的空半徑大約為1.8。

研究團隊將其解釋為意味著數十億年以來，一些微型海王星的收縮非常劇烈，失去了大氣層，最終僅留下了赤裸裸的星核——我們在系外行星中實際上已經觀察到了這一點。

超過某個臨界極限，迷你海王星的質量足以在引力作用下保持其大氣，從而導致觀測到的間隙。

至於造成大氣損失的原因，仍然未知。

一種建議的方案是小行星或流星轟炸。研究人員得出結論，鑒於觀察到的過程耗時數十億年，這不太可能。轟炸會在更短的時間範圍（不到1億年）內消除大氣層。

剩下兩個主要選擇。首先是光蒸發，即恒星與行星之間的緊密接近足以使恒星的輻射剝奪大氣層。第二種是堆芯冷卻，從行星堆芯逸出的熱量進入大氣層並幫助將其從內部剝離。

這兩個不同的過程發生在不同的時間尺度上，都適合團隊的觀察。這意味著需要更多的分析來確定究竟是什麼正在縮小的系外行星。

戴維說：“也許兩種效應都很重要，但我們需要更複雜的模型來說明每種效應的貢獻程度和作用時間。”

這項研究已經發表在《天文學雜志》上。