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地球不是平的，但木星可能曾经是
新研究通过模拟发现，大型气态巨星可能先由扁平盘饼逐渐演变成圆形天体，木星在形成之初或许也曾是“飞饼”。 这为行星形成过程提供了新的视角，帮助我们更好地理解观测到的外星系行星。
模拟原行星从顶部(左)和侧面(右)
我们一直认为行星从一开始就是近乎完美的球体，但最新研究颠覆了这种认知。天体物理学家模拟发现，远离恒星形成的大型行星一开始并非规整的球体，而是像煎饼或巧克力豆一样的扁平圆盘(扁球体)。这些“飞饼状”的原行星随着旋转逐渐吸附物质，最终才演变成我们熟悉的木星或糖果球般的圆形。
来自兰开夏中央大学的亚当·芬顿和迪米特里斯·斯塔马特洛斯两位天体物理学家得出的这一研究成果，为理解婴儿恒星周围尘埃和气体盘中行星形成的多样性提供了新视角。
斯塔马特洛斯表示：“我们研究行星形成多年，却从未想过在模拟中检查行星本身的形状。我们一直默认它们是球形的。我们非常惊讶地发现它们竟然是扁球体，非常像彩色豆!”
尽管在银河系中已经发现了超过5500颗行星，它们的形成过程仍未完全清楚。一颗恒星的诞生始于一个巨大的、致密的星际气体和尘埃云团中的聚集体。该聚集体在自身引力的作用下坍缩并开始旋转，周围的物质形成一个圆盘，为恒星的成长提供养料。
然而，并非所有物质都会落入恒星。剩余的物质形成了行星系统中的其他天体：行星、彗星、小行星、卫星。
那么圆盘中的物质是如何聚集在一起的呢？对于像地球、金星、火星和水星这样较小的类地行星，科学家认为它们是通过岩石块逐渐吸附、聚集而形成的。
对于更大的气态巨星，科学家们认为可能发生了一种叫做“盘不稳定性”的过程。此时，围绕恒星快速冷却的圆盘会分裂成块状，并在自身引力的作用下凝结成行星。
这是一个颇具吸引力的假说，因为它可以解释一些难以用吸积理论解释的行星，例如比理论预测与恒星大小差异巨大的行星、轨道分离很大的行星，或快速形成的大型行星。
为了更好地理解“盘不稳定性”行星形成过程，芬顿设计并运行了复杂的模拟，调整了气体密度、温度和圆盘速度等不同方面。
芬顿说：“这是一个非常耗费计算的项目，在英国 DiRAC 高性能计算设施上花费了约 50 万个 CPU 小时。但结果令人惊叹，值得付出努力！”
四颗原行星在围绕其星星的盘不稳定性下形成的模拟。行星和星星用黑点标记，红色代表密度较高的区域。
模拟结果显示，气态巨星的原行星在旋转过程中首先会形成扁平的形状，这与离心力作用以及原行星在这一阶段物质相对松散的事实是相符的。即使是太阳系中结构良好、密度更大的行星，其赤道周围也都存在离心凸起。
模拟还表明，物质主要沿原行星的极地而非赤道聚集。
该研究尚不清楚对核心吸积模型意味着什么，但它确实表明，嵌入恒星盘中的原行星的性质看起来可能因观测角度而异。
研究人员说，从侧面看，这种“飞饼”形状会更加明显，但从上面看，很容易将圆形误认为球体。随着我们发现更多行星，理解我们所观测到的内容至关重要。
这项研究已发表在《天文学与天体物理学快报》上，并可以在 arXiv 上获得。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。