气态“宇宙巨人”是怎么长成的

来源：科技日报

科技日报记者 张梦然

在深邃的宇宙中，有一种行星如同巨人般存在。它们主要由氢和氦构成，内部通常有一个致密的核心，却没有坚实的表面。我们熟悉的木星和土星，便是太阳系中这样的气态巨行星。

而在银河系更广阔的舞台上，还有许多系外行星比木星还要庞大数倍。其中质量最大的那些，甚至模糊了行星与褐矮星之间的界限。

这些行星为何能长得如此巨大？它们如何积累这般惊人的质量？长期以来，科学家对此有两种猜想：其一是“核心吸积说”，即固态内核在恒星周围的尘埃盘中逐渐成长，最终引力强大到能吸附大量气体；其二是“引力坍缩说”，指气体云自身在引力作用下快速凝聚成巨型天体。

现在，来自美国加州大学圣迭戈分校的一个科学家团队，借助詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的力量，对HR 8799恒星系统展开深度探测，为解开这一谜题带来了关键线索。他们的发现发表于《自然·天文学》杂志，揭示了这些巨行星可能以意想不到的方式诞生。

HR 8799系统距离地球约133光年，拥有4颗气态巨行星，每颗质量均为木星的5—10倍，轨道半径为日地距离的15—70倍。这样遥远又庞大的系统，曾让天文学家怀疑传统形成理论：在恒星吹散周围气体盘之前，行星真能有足够时间成长到如此规模吗？

过去，科学家主要通过分析大气中的水和一氧化碳来推测行星起源，但这些分子来源复杂。于是，科学家另辟蹊径，将目光投向硫元素，它们只存在于形成行星的固态物质中，如同行星诞生时的“化石印记”。如果在气态巨行星大气中检测到硫，就意味着该行星很可能通过固态核心逐步吸积气体而成长。

JWST的灵敏度，让科学家得以窥见这些行星大气的深层秘密。他们特别针对HR 8799c这颗行星进行了细致分析。JWST的高分辨率光谱仪帮助人们首次清晰捕捉到其大气中包括硫化氢在内的多种分子信号。这些行星虽然只有约3000万年历史（是太阳系年龄的1/150），却已展现出比母星更丰富的重元素含量，进一步印证了它们通过逐步积累物质而成长的历程。

天文学家奎因·科诺帕基教授认为，较早的核心吸积模型确实难以解释如此遥远又巨大的行星，“但新模型表明，即使在远离恒星的地方，固态内核仍可能快速形成并吸附气体”。

不过，人们虽然揭示了气态巨行星的成长秘密，却也引发了更深层的思考：作为一颗行星，质量上限究竟在哪里？当质量达到木星的15倍、20倍甚至更高时，它们还能算行星吗？

或许随着更先进望远镜对宇宙的继续探索，我们将一步步接近这些“宇宙巨人”的起源真相。