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天文學家發現高齡128億歲的古老行星系統

一組歐洲天文學家發現一個非常古老的行星系統,極可能是從130億年前宇宙極早時期就已形成並留存至今的。這個系統包含母星HIP 11952和兩顆行星,這兩顆行星的公轉週期分別為290天和7天。雖然行星通常在含有金屬元素(metal)比較多的雲氣中形成,HIP 11952卻鮮少含有金屬元素;因此HIP 11952行星系統的發現,顯示在早期宇宙金屬元素豐度仍很低的時期,就已經可以形成行星,和現今宇宙內如我們太陽系這樣的行星系統相當不同。

所謂的金屬元素,泛指除了氫與氦兩種宇宙誕生之初就有的元素以外的其他所有元素,又稱為「重元素」。

現行公認的行星形成理論認為行星是在年輕恆星周圍、由氣體和塵埃組成的拱星盤中形成的。但若要探討形成的細節,這個理論就會產生諸多問題,其中一個問題就是:致使氣體塵埃開始聚集形成行星的真正原因為何?

天文學家現在已經在太陽系以外的地方,至少確認750顆恆星擁有一顆以上的行星,且發現這些行星系統的環境差異頗大,但也存在某些特定趨勢,例如:經統計,含有較多金屬元素的恆星,較可能擁有行星。這個現象引出了一個關鍵問題:宇宙誕生之初幾乎不含有任何氫與氦以外的金屬元素,金屬元素是經由一代一代的恆星演化,經由恆星內部的核融合反應或是經由超新星爆炸而產生,之後再回歸到宇宙空間,成為下一代恆星的製作原料;因此愈古老的恆星金屬豐度愈少,愈靠近現今宇宙的恆星則含有比例較高的金屬元素。若按現行的行星形成理論,那麼在宇宙早期,幾乎沒有金屬元素的狀況下,是幾乎不可能形成行星?還是應該可以形成行星,所以下一步應該是要好好想想第一代行星會在何時形成?

德國普朗克天文研究所(Max-Planck-Institute for Astronomy)Johny Setiawan及慕尼黑天文臺(University Observatory Munich)Veronica Roccatagliata等天文學家從數年前開始進行一項研究計畫,搜尋貧金屬星(metal-poor star)可能含有的行星系統,結果發現其中一顆貧金屬星HIP 11952,擁有2顆氣體巨行星HIP 11952b和HIP 11952c。HIP 11952在鯨魚座方向,距離地球約375光年。這兩顆行星本身相當普通,與其他已知的氣體巨行星並無啥大不相同之處;它們的不平凡之處在於它們的母星是顆「極貧金屬星(extremely metal-poor star)」,換言之,是顆非常古老的恆星。

Roccatagliata等人其實在2010年時就發現一顆貧金屬星HIP 13044有行星系統,當時他們還覺得應該是特例。但在HIP 11952如此金屬豐度更貧乏的恆星周圍也發現行星之後,他們開始改觀,認為或許貧金屬星擁有行星是相當普遍的現象。HIP 13044之所以有名,是因為它是「從其他星系來的系外行星系統」,這顆星位在一道星流(stellar stream)中,而這道星流是約數十億年前被銀河系吞噬的另一星系的殘骸。(請參考天文新知2010-11-20 首度發現來自銀河系外的系外行星

和其他系外行星系統相較之下,HIP 11952不僅僅是極端缺乏金屬元素這項特點而已,還因為估計其年齡高達128億歲,成為目前已知年齡最大的行星系統;而我們宇宙的年齡,估計僅約137億年,所以這個行星系統應該在宇宙還處在幼兒期之時便已形成;而這也意味著,從宇宙誕生至今,任何時期都可能有行星系統形成。這就像在自家後院挖掘出重大考古遺跡一樣,讓眾人莫不興奮不已。這些天文學家打算繼續尋找並研究這類貧金屬恆星旁的行星系統,希望能讓行星形成理論更加完善,並能進一步瞭解生命的起源。

資料來源:A planetary system from the early Universe, [2012.03.27]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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