新发现：原行星盘抛出的物质，多于变成行星的物质

当一个年轻的太阳系开始运转时，它只不过是一颗年轻的恒星和一个旋转的碎片盘。公认的想法是，旋转的碎片在行星形成过程中被扫除。但一项新研究表明，磁盘中的大部分物质可能面临不同的命运

它可能不会有幸成为一颗稳定行星的一部分，平静而可靠地围绕其主恒星运行。相反，它只是被丢弃了。它从年轻的、仍在形成的太阳系中弹出，以星际物体或流氓行星的形式存在。

该研究来自 Avi Loeb 和 Amir Siraj，《今日宇宙》的读者可能熟悉这两个名字。Loeb 和 Siraj 都来自哈佛大学的天体物理学中心 (CfA)，之前曾合作过研究。他们的新研究题为原行星盘喷射出的质量大于保留的质量的初步证据。它可以在预印本网站 arxiv.org 上找到，但尚未经过同行评审。

Loeb 和 Siraj 指出像 Oumuamua 和 2I/Borisov 这样的星际物体的存在来证明他们的观点。到目前为止，还没有确凿的证据证明这些物体及其同类的起源。研究人员提出了不同的起源，并提供了证据，但到目前为止还没有达成共识。Oumuamua 可能是一个星际暗氢冰山，一个类似于冥王星的天体，甚至是一种星“尘兔。彗星 2l/鲍里索夫很可能是一颗流氓星际彗星，这是我们观察到的第一颗。

左边是艺术家对星际物体Oumuamua的插图。右侧是星际彗星 2I/鲍里索夫的图像。

恒星质量预算表明，外奥尔特云和原行星盘都不能提供足够的质量来解释星际物体和流氓行星的数量。那么也许我们的恒星质量预算是错误的？也许原行星盘中的大部分物质被喷射出来，变成星际物体，如Oumuamua、2I/Borisov 和流氓行星，其中一些行星比地球大很多倍。

这篇论文的大部分内容都基于科学估计，其中大部分是初步的。作者在论文的标题中明确说明了这一点。科学家们还不清楚到底有多少星际物体和流氓行星。但是你必须从某个地方开始，这篇论文就是一个起点。

他们的论文开篇说：如果星际物体起源于原行星盘，它们可以用来校准这些盘弹出的质量分数，从那里他们挖得更深，星际物体的起源是一个未解之谜，无论是奥尔特外云还是原行星盘都无法满足产生推断的星际物体种群所需的质量预算。 这仅为它们的起源留下了两种广泛的可能性。一种是不同的恒星质量预算，这可能是难以置信的。另一个是星际物体跨越遥远距离和时间尺度的不同生存概率。

这篇序言提出了研究人员的主要问题：每颗恒星需要多少质量才能产生星际物体？

回答这个问题的第一个障碍是，我们只真正了解两个星际物体：2017 年发现的 Oumuamua 和 2019 年发现的 2I/Borisov 彗星。而科学家们只观察到估计对于它们的尺寸。Oumuamua 估计在 20 到 200 米之间，而鲍里索夫的核估计在 0.4 到 1 公里之间。还有第三个潜在的星际物体，名为CNEOS 2014-01-08，但它作为星际物体的地位尚未得到证实。

我们只估计有多少这些星际物体，包括流氓行星。对于像'Oumuamua和Borisov这样的天体，估计每颗恒星大约有9000颗，而对于大约是地球两倍大的岩石流氓行星，每颗恒星大约有5到10颗。

这对研究人员获取了现有数据以及估计值，并进行了模拟。模拟解决了他们的主要问题：鉴于已知星际物体的大小和丰度，每颗恒星需要多少质量才能产生这样的种群？

对于星际物体的每个大小和丰度估计，两人都进行了蒙特卡罗模拟。结果？

Siraj 和 Loeb 发现外奥尔特云的质量不足以成为推断的星际物体和流氓行星种群的来源。两人在论文中提出了他们的计算，然后说：因此，奥尔特
星云是星际物体的难以置信的来源。

接下来，他们考虑原行星盘。他们的计算在他们的论文中详细介绍，值得对这个问题有更深兴趣的人研究。但最终的结果是，它可能需要比以前认为的更大比例的宿主恒星质量来解释比Oumuamua 更大的星际物体的推断数量。“这些结果的主要含义是，形成大于 Oumuamua 的星际物体所需的质量是宿主恒星质量的很大一部分，在 2% 到 50% 之间。”

我们在研究原行星盘方面做得越来越好。这些是 ALMA 的一些附近原行星盘的高分辨率图像，它们是高角分辨率项目 (DSHARP) 中的盘子结构的结果。

在 Loeb 和 Siraj 的所有工作的背景中，有一种叫做最小质量太阳星云 (MMSN) 模型的东西。MMSN 模型描述了我们太阳系中材料的组成，这些组成需要解释行星和小行星的形成，围绕太阳运行。MMSN 显示，考虑到太阳的金属丰度，形成行星需要大约 1% 的太阳质量。

作者的计算和模拟表明，要解释类似'Oumuamua 的天体的数量，需要恒星质量的很大一部分。“这些结果的主要含义是，形成大于 Oumuamua 的星际物体所需的质量是宿主恒星质量的很大一部分，在 2% 到 50% 之间。”

如果你认为这是一个相当大的范围，你是对的。但他们的工作完成的是对我们对行星系统形成的理解的更严格的限制。“这些结果提出了一种将原恒星物质转化为约 0.1 公里的星子并将它们从母星中排出的高效途径，并改变了对行星系统形成过程的观测限制的范式。”

但最有趣的是潜在的结论。年轻的太阳系作为星际物体和流氓行星可能会喷射出比它们保留的更多的质量。

艺术家描绘的一颗流氓星球，黑暗而神秘。

Siraj 和 Loeb 在他们的总结中写道：无论是太阳系原行星盘的质量预算，还是观察到的其他恒星周围的原行星盘或碎片盘，都不能为星际物体的形成提供足够的材料。

两人在论文的结尾提到了这些物体是如何从它们的主机系统中弹出的。但这主要是一种侧边栏。这对研究人员对这如何改变我们对太阳系形成的理解更感兴趣。

他们指出，即将到来的维拉鲁宾巡天望远镜可能会发现更多的星际物体，因为维拉鲁宾将擅长发现瞬态现象。这项研究受到只有两个或可能三个星际物体的小样本量的限制。一旦我们有了更大的样本量，我们就会知道更多。

作者写道：一旦探测到足够数量的星际物体，就可以通过它们的速度分布推断出它们的起源。