天文学家在一个系外行星系统中发现了行星多样性的新证据，表明巨大的高速碰撞是行星演化的部分原因。一个由意大利国家天体物理研究所(INAF)领导的国际科学家团队，包括布里斯托尔大学的物理学家，花了三年时间通过拉帕尔马的纳齐奥内尔伽利略望远镜观测了开普勒-107系外行星系统。他们收集了开普勒-107中所有四颗质量低于海王星行星的100多份光谱测量数据。开普勒-107是以美国国家航空航天局(NASA)开普勒太空望远镜(Kepler space telescope)命名。与地球与太阳的关系不同，Kelper-107系统中的行星彼此之间以及主星(相当于我们的太阳)之间的距离要近得多。所有行星的轨道周期都是几天，而不是几年。
博科园-科学科普：离主星最近的行星由于加热和与主星的相互作用而密度最大，这是很常见的，这可能导致大气损失。然而，据《自然天文学》报道，在开普勒-107的例子中，第二颗行星107c的密度比第一颗行星107b的密度大。如此之大，以至于107c的核心含有至少两倍于107b的铁质量分数，这表明在某个时刻，107c与质量相同的原行星发生了正面高速的巨大碰撞，或与质量较低的多颗行星发生了更多碰撞。这些撞击会撕裂Kepler-107c部分岩石和硅酸盐地幔，表明它现在比原来密度更大。布里斯托尔大学物理学院的计算天体物理学家Zoe Leinhardt博士是这篇论文的合著者，他解释说：
模拟碰撞视频的其中一帧来自于两倍地球质量行星之间高速正面碰撞的流体动力学模拟。材料的温度范围由灰色、橙色、黄色和红色四种颜色表示，其中灰色是最冷的，红色是最热的。这种碰撞会喷射出大量硅酸盐地幔物质，留下一颗高铁含量、高密度的残余行星，类似于开普勒-107c的观测特征。图片：Zoe Leinhardt和Thomas Denman，布里斯托尔大学
巨大的撞击被认为在塑造我们现在太阳系中扮演了一个基本的角色。月球很可能是这种撞击的结果，水星的高密度也可能是，冥王星的大型卫星Charon可能是在一次巨大的撞击后被捕获，但直到现在，还没有发现任何证据表明巨大的撞击发生在太阳系以外的行星系统中。如果我们的假设是正确的，它将把我们太阳系形成的一般模型与一个与太阳系非常不同的行星系统联系起来。INAF研究员、第一作者阿尔多·博诺莫(Aldo Bonomo)表示：有了这一发现，在理解小型系外行星组成的非凡多样性的起源方面又增加了一项内容。已经有证据表明，强烈的恒星辐射导致了这种多样性，导致最热行星的大气层部分或全部被侵蚀。
然而，原行星之间的随机碰撞也起到了一定的作用，可能会导致系外行星内部组成的剧烈变化，正如我们认为开普勒-107c的情况一样。来自哈佛大学地球与行星科学系生命起源计划和哈佛-史密森天体物理中心的合著者李曾补充说：这是开普勒太空望远镜发现并描述众多有趣系外行星系统之一。这一发现证实了早先的理论工作，即行星之间的巨大碰撞在行星形成过程中发挥了作用。巨大的撞击被认为发生在我们自己的太阳系。如果灾难性的破坏经常发生在行星系统中，那么天文学家预测，随着越来越多的系外行星密度的确定，将会发现许多其他的例子，比如开普勒-107。
博科园-科学科普｜研究/来自: 布里斯托大学
参考期刊文献:《Nature Astronomy》
DOI: 10.1038/s41550-018-0684-9
