天文学家发现限制宇宙中超级地球诞生的关键因素

天文学家最近的一项研究提供了关于行星形成边界的新证据，揭示了比地球大的行星在金属性低的恒星周围很难形成，超过了一定的界限。以太阳为基准，天文学家可以通过确定恒星的金属性或其中重元素的含量来测量恒星形成的时间。 富含金属的恒星或星云形成的时间相对较近，而金属含量较少的天体很可能在宇宙早期就已经存在了。

以前的研究发现金属性率与行星形成之间存在微弱的联系，指出随着恒星金属性的降低，某些行星群（如亚土星或亚海王星）的行星形成也会随之降低。

这项研究的第一作者基尔斯滕-博利（Kiersten Boley）最近获得了俄亥俄州立大学的天文学博士学位。

"当恒星经历生命周期时，它们会丰富周围的空间，直到你拥有足够的金属或铁来形成行星，"博利说。"但即使是金属性较低的恒星，人们也普遍认为它能形成的行星数量永远不会为零。"

其他研究认为，银河系中行星的形成应该从恒星的金属性介于负2.5到负0.5之间时开始，但直到现在，这一理论仍未得到证实。

为了验证这一预测，研究小组开发并搜索了一份由NASA的凌日系外行星巡天卫星（TESS）任务观测到的10000颗金属性最弱的恒星组成的星表。 如果推断正确的话，根据已知的趋势，在一个由85000颗贫金属恒星组成的区域周围寻找小型、短周期行星，就可以发现大约68颗超级地球。

博利说，令人惊讶的是，研究人员在这项工作中没有发现任何现象。她说："我们基本上发现了一个悬崖，而预期看到的是一个缓慢或渐变的斜坡，一直延伸下去。预期的发生率与此完全不符"。

该研究发表在《天文杂志》上。

研究结果及其影响

"这个悬崖为科学家提供了一个时间框架，在这个时间框架内，由于金属性太低而无法形成行星，这个悬崖一直延伸到宇宙年龄的一半左右，这意味着超级地球并不是在宇宙历史的早期形成的。"博利说："70亿年前可能是我们开始看到超地球形成的甜蜜点。"

此外，由于在那个时代之前形成的恒星大多金属度较低，需要等到银河系被一代又一代垂死的恒星所充实，才能为行星的形成创造合适的条件，因此这些结果成功地提出了银河系中小行星数量和分布的上限。

博利说："在与我们的样本类似的恒星类型中，我们现在知道，一旦过了负0.5金属性区域，就不要指望会有大量行星形成了。这有点令人震惊，因为我们现在确实有数据表明了这一点。"

对搜寻地外生命的影响

同样引人注目的是这项研究对搜寻地外生命的人们的影响，因为更精确地掌握行星形成的错综复杂的过程，可以让科学家们详细了解宇宙中哪些地方可能孕育着生命。

博利说："我们不会想在那些不利于生命的区域或甚至认为不会找到行星的区域进行搜索。如果知道这些事情，就可以提出大量的问题。"

这些问题可能包括确定这些系外行星是否含有水、其核心的大小以及它们是否形成了强磁场，所有这些都是有利于产生生命的条件。

为了将他们的工作应用到其他类型的行星形成过程中，研究小组可能需要对不同类型的超地球进行比现在更长时间的研究。 幸运的是，未来的观测可以借助即将开展的项目，如美国国家航空航天局的南希-格雷斯罗曼太空望远镜和欧洲航天局的PLATO任务。这些仪器对于弄清有多少颗行星以及尽可能多地进行后续观测至关重要。

编译自/SciTechDaily