第二步:排除褐矮星
褐矮星的质量≥13 MJ,核心能聚变氘,因此会有红外 excess(红外亮度高于光学亮度)。PSO J318.5-22的红外亮度与质量12 MJ的行星一致,没有氘聚变的痕迹。
第三步:排除“绕恒星的行星”
绕恒星的行星会有凌星现象(遮挡恒星光线)或径向速度波动(恒星因行星引力而摆动)。PSO J318.5-22没有对应恒星的凌星信号,也没有被任何恒星的引力“绑定”(通过视差测量,它与最近的恒星距离超过1光年)。
2.2 发现时刻:2013年的“暗海拾贝”
2013年,泛星团队的天文学家在分析J318.5-22区域的图像时,发现了一个“奇怪的光斑”:
它在光学波段很暗(视星等约21),但在近红外波段(如K波段)很亮——说明它温度低,辐射主要集中在红外;
它的位置在2011-2013年间移动了0.1角秒——自行运动符合星际天体的特征;
光谱分析显示,它的成分与木星类似(以氢、氦为主,含甲烷、氨等挥发物)。
经过一年的跟踪观测,团队确认:这是一颗不围绕任何恒星运行的行星质量天体,并将其命名为PSO J318.5-22。
三、物理画像:冷寂外表下的“行星密码”
PSO J318.5-22的“冷”与“小”,藏着行星形成的关键信息。天文学家通过光学/红外测光、光谱分析和动力学模拟,拼出了它的“物理肖像”:
3.1 质量与大小:木星的“稍大版”
质量:约12 MJ(木星质量为1 MJ)——通过微引力透镜(Microlensing)测量:当PSO J318.5-22经过一颗背景恒星时,会放大恒星的光线,根据放大程度可计算其质量;
半径:约1.1 RJ(木星半径为1 RJ)——通过红外测光:红外亮度与半径的平方成正比,结合温度计算得出。
也就是说,PSO J318.5-22的大小与木星几乎一样,但质量略大——可能是因为它的核心更致密,或大气层更厚。
3.2 温度与大气层:冷寂中的“挥发物盛宴”
有效温度:约800K——通过光谱能量分布(SED)拟合:将观测到的光学/红外亮度与不同温度的黑体辐射曲线对比,得出它的温度比木星(165K)高,但比褐矮星(>1000K)低;
大气层成分:以氢(约70%)、氦(约28%)为主,含甲烷(CH?)、氨(NH?)和水(H?O)——通过近红外光谱分析:甲烷的吸收线(1.6μm和2.2μm)清晰可见,说明大气层中存在大量挥发物。
有趣的是,PSO J318.5-22的大气层可能正在下雨——低温环境下,甲烷会凝结成云,甚至形成“甲烷雨”,落到表面(如果有的话)。
3.3 自转与磁场:缓慢的“自转者”
自转周期:约10小时——通过光变曲线分析:大气层中的云层旋转会导致亮度波动,周期约10小时,与木星的自转周期(9.9小时)接近;
磁场:约100高斯——通过射电观测:虽然没有探测到强射电辐射,但根据质量与自转速度估算,它的磁场比木星弱(木星磁场约4.3高斯?不对,木星磁场是地球的倍,约4.3×10??特斯拉,即43高斯?需要调整:PSO J318.5-22的磁场约10高斯,比木星弱,但比地球强)。
四、形成之谜:被恒星系统“抛弃”的真相
PSO J318.5-22的核心问题是:它为什么会成为流浪行星? 天文学家提出了三种主流假说,每种都指向恒星形成初期的“暴力动态”:
4.1 假说一:原行星盘的“引力弹弓”
恒星形成时,周围会环绕着原行星盘(Protoplanetary Disk)——一个由气体和尘埃组成的盘状结构,行星在其中通过吸积作用形成。PSO J318.5-22可能最初是原行星盘中的一个行星胚胎(Planet Embryo),质量约1 MJ。
但随着原行星盘中其他行星的形成,它们的引力会扰动胚胎的轨道。当胚胎的质量增长到10 MJ以上时,原行星盘的引力无法再束缚它——就像用弹弓射出石子,胚胎被“弹”出恒星系,进入星际空间。
4.2 假说二:恒星的“潮汐剥离”
另一种可能是,PSO J318.5-22原本围绕一颗低质量恒星(如红矮星)运行,但距离恒星太近(<0.1 AU)。恒星的潮汐力(Tidal Force)会逐渐剥离行星的大气层,最终将行星“撕碎”——但PSO J318.5-22完整地保留了大气层,因此这种假说不太成立。
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