宇宙中的大多数行星都是没有母星的孤儿

被称为孤儿行星、流氓行星或没有母星的行星，这些“队外躺者”可能是所有行星中最常见的。

STARTS WITH A BANG — AUGUST 16, 2022

Ethan Siegel

流氓行星在星系中可能很多，但最令人惊讶的是在我们银河系中对每颗恒星都有总数大约是千万亿某处的100到100000颗之间流氓行星游荡过银河系。(Credit: C. Pulliam, D. Aguilar/CfA)。

关键要点

就我们能告诉的，一旦你在宇宙中有一定临界质量的重元素，你就要在你形成恒星的任何地方形成行星。

但许多在恒星周围形成的早期行星将被甩，注定要永远作为流氓或孤儿行星漫游宇宙。

然而，甚至更多的数量可能是一个围绕“失败的恒星”形成的巨大量天体，毕竟永远没有达到恒星状态。这些流氓行星可能是恒星数量的数千倍。

这里在太阳系中，我们能自信的观望我们的恒星的八颗行星的轨道，非常清楚知道我们至少已经发现了太阳周围大多数圆形的、轨道清除的世界。但有一个我们不能从我们今天的有利位置完全了解的4 5亿年历史。我们所能确定的是哪些行星已经幸存至今。

关于早期围绕我们的太阳形成的世界然后被一些剧烈的引力过程甩了的呢？

关于如果它们只是围绕一颗恒星形成行星而不是在星际空间的深渊中形成行星的世界会怎样呢？

在过去的几年里，我们已经开始在恒星之间的空间发现这些孤儿行星------有时被称为流氓行星。基于我们知道恒星、引力和宇宙演化的，我们能对宇宙中行星的总数做出一个大致估计，并且它可能比我们的恒星更多一个100到100000倍的数量。太空中充满行星，其中大多数甚至没有恒星。

一个由美国宇航局开普勒使命探测的一个特定天空斑块中环绕其他恒星发现的行星的可视化。就我们能告诉的，实际上所有有在太阳中发现的重元素25%多的恒星都有行星系统环绕它们，尽管某些非常密集的恒星区域可能是例外。(Credit: ESO/M. Kornmesser)

在过去的一代人中，我们已经开始明白像我们这样的太阳系在宇宙中是规则而不是例外。对系外行星的研究已经向我们表明，通过过境法和恒星摆动法，不仅大多数（如果不是全部）恒星周围可能有行星，而且大多数恒星周围可能有各种质量、大小和轨道周期的世界。恆星在它们的行星系統的內部有可能在有氣質巨行星、在水星的軌道內有許多世界或者有比海王星圍绕太阳更遠的行星是可能的。

围绕其他恒星运行的世界中可能有比我们从来单独观察太阳系会已经猜测的更多种类。甚至在那里可能有几十恒星或几十颗行星围绕它们，我们希望随我们更好观看发现这一点。

特拉皮斯特1（TRAPPIST-1）系统包含目前已知的任何恒星系统中类地行星最多的行星，并且显示为尺度相当于我们自己的太阳系的温度。这七个已知的世界只向外延伸到金星的轨道上。有可能，甚至可能在尚未被发现的最外层世界之外更多的世界存在。哪些世界是水星一样的，哪些是金星一样的，哪些是地球一样的或者火星一样的黑没有被确定，但过去和现在的生命可能性围绕TRAPPIST-1和围绕我们自己的太阳仍然很诱人。(Credit: NASA/JPL-Caltech)

平均而言，我们能说在我们的银河系中每颗恒星可能有10颗行星，知道这是一个基于不完整信息的估计。真正的平均值可能是一个更小的如3一样的数字或一个10一样的，然而正如我们更早间接提到的，这个数字只代表我们今天有的幸存者。在一个太阳系的整个生命过程中，有许多被创造出来但不会直到今天都完好无损存活的世界。有些将与其他世界碰撞和合并，形成更大的世界。其他的将引力上相互作用并失去能量，将它们向内投并潜在的进入中心恒星。

随着时间或与通过大质量的奇异引力相互作用特定的结构能造成太阳和行星系统大天体的破坏和甩射。在一个太阳系的早期阶段，许多质量只被从源自原行星之间的引力相互作用甩出。(Credit: Shantanu Basu, Eduard I. Vorobyov, and Alexander L. DeSouza, Proceedings of First Stars IV, 2012)

随着时间这些世界引力上拖在彼此上，行星迁移到它们能达到的最稳定的结构中。通常这意味着最大、最大质量的世界迁移到它们的最稳定的结构中，往往以牺牲其他更小、更轻的世界为代价。在行星永恒性的宇宙之战中，最常见的结果应该是失败者被踢出太阳系进入星际空间。

按照模拟，对于像我们这样形成的每个太阳系应该至少有一个气态巨行星和大约5-10个更小的岩石世界被甩进星际空间中，在那里它们将无家可归浪荡过星系。这已经告诉我们，没有恒星的行星数量与今天正在环绕恒星的行星数量相当。但这些只是孤儿行星：从前环绕一颗恒星有过一个家的行星，并且被它们兄弟姐妹的引力推与它们的母星分隔开。这些是宇宙的宇宙“亚伯”，是行星自相残杀。然而，就像这些世界数量众多一样，其中可能有几万亿个的它们浪荡过银河系，但绝大多数流氓行星毕竟从来没有过父母。为了理解为什么，我们必须一路追溯到恒星最初怎样形成的。

黑暗的尘埃分子云，就像巴纳德59的图像一样的是在我们的银河系中发现的管道星云的一部分，将随着时间坍塌并产生新的恒星，其中最密集的区域形成最大质量的恒星。然而，即便它背后有很多恒星，星光不能突破尘埃，它被吸收直到更多的星云本身变得被被电离。(Credit: ESO)

每当你有一个大、冷的气体分子云时，它要分块并坍塌成许多团块，在那里引力起来把质量向内拉的作用而辐射起来把它向外推的作用。如果你的气体云足够冷质量足够大，它能在最密的团块的核心达到足够的温度和密度来点燃核聚变并形成恒星。

在一个恒星形成区域内，发生着一场巨大的竞赛：起来形成尽可能多的质量尽可能大的恒星作用的引力和起来吹走气体并结束引力增长作用的辐射之间。当我们观察一个新生的星团时，我们的眼睛将告诉我们引力赢了，因为大量的大质量恒星往往立即的明显的。

当地群中最大的恒星托儿所狼蛛星云中的剑鱼坐30有迄今为止人类已知的质量最大的恒星。在这张照片中看不见的是成千上万的低质量恒星，以及（可能）数百万颗被预计存在的流氓行星。(Credit: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud survey. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit)

但这个结论是一个欺骗。对于我们看到的每颗炽热的蓝色大质量恒星通常难以看到。但是，仅仅因为它们被外照了并不意味着它们仍然不在那里！

宇宙中每五颗恒星中就有四颗是红矮星：质量在太阳质量的8%到40%之间的低质量恒星，但最容易看到的恒星是太阳质量的几十倍甚至几百倍的。随这些大质量恒星燃烧热和亮，它们吹走否则会形成新恒星的气体。它们不仅阻止了这些低质量恒星的进一步生长，还阻止了在它们的轨道中会是未来恒星的引力增长。

在可见光（顶部）和近红外（底部）光下显示的船底座星云已被哈勃太空望远镜以一系列不同的波长成像，允许这两个非常不同的视图被构建。船底座星云中燃烧掉的气体可能会聚块成行星一样和行星大小的天体，但来自驱动蒸发的大质量恒星的光度和紫外线辐射将几乎肯定会在大多数这些团块能长成恒星本身之前将它们全部煮沸掉。(Credit: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team)

如果你看一个分子云中在形成恒星之前的所有质量，你会发现90%的质量最终回到了星际介质中。只有大约10%的质量最终变成恒星或行星。质量最大的恒星形成得最快，然后在数百万年内吹走剩余的气体，阻止在它们轨道中恒星形成的仍然可能性。这在星团中留下了许多低质量和中等质量的恒星，但也创造大量失败的恒星：从未使它超过来变成一颗恒星的阈值的物质团块。这些团块尽管从未围绕一颗恒星形成，但足够大、足够质量足以满足一颗行星的地球物理定义。

按照2012年的一项研究，对每一颗形成的恒星，都有100到10万颗游牧行星也形成，注定要无恒星游荡过星际空间。

当一个引力微透镜事件发生时，来自一个恒星的背景光被扭曲和放大，因为一个干预质量旅行过或靠近到恒星的视线。干预引力的作用弯曲光和我们眼睛之间的空间，创造一个特定的信号，揭示问题中的干预天体的质量和速度。所有质量都能够经由引力透镜弯曲光线，这种方法可能在揭示银河系的流氓行星群上变得非常成功。(Credit: Jan Skowron/Astronomical Observatory, University of Warsaw)

想想看，我们自己的太阳系包含数百甚至数千个潜在的满足一颗行星的地球物理定义的，但仅由它们的轨道位置天文学上被排除在外。现在考虑一下对于像我们的太阳这样的每颗恒星，很可能有数百颗失败的恒星只是没有吸积足够的质量来点燃它们的核的聚变。这些是无家可归的行星------- 或流氓行星-----数量远远超过像我们环绕恒星的行星。这些流氓行星是极端的普遍，但由于它们离得很远而且不是自发光的事实，它们是超常难以探测的。

然后值得注意的是，我们已经设法找到了四个可能的流氓行星候选。在太空浩瀚性中，这些不发射它们自己的可见光的天体能被通过要么反射的星光、它们自己的红外光的发射要么来自它们对背景恒星的微透镜效应看到。

候选流氓行星CFBDSIR2149，如红外成像所示，是一个气体巨行星，发射红外光，但没有它环绕的恒星或其他引力质量。它是已知的仅有的流氓行星之一，只有因为它的质量足够大来发射它自己的红外辐射才被发现。(Credit: ESO/P. Delorme)

当我们观察我们的宇宙时，在那里我们自己的星系包含大约4000亿颗恒星，宇宙中有大约两万亿个星系，意识到对每颗恒星大约有十颗行星是令人难以置信的。但如果我们观看恒星系统之外，对于我们能看到的每一颗恒星，可能会有100到100000颗行星浪荡过太空。

虽然它们其中一小部分被从自己的恒星系统中甩出，但绝大多数毕竟永远不知道一颗恒星的温暖。许多是气态巨行星，但更多的可能是岩石和冰的，其中许多含有生命所需的所有成分。也许，有一天，它们会得到它们的机会。直到那时，它们将继续在整个银河系和整个宇宙中旅行，远远超过照亮宇宙的令人眼花缭乱的光阵列。

https://bigthink.com/starts-with-a-bang/most-planets-are-orphans/