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天文学家在银河系中发现70颗没有恒星的行星
在过去的几十年中，我们对太阳系外行星的了解取得了巨大的飞跃。
目前，科学家们已经确认了4,884颗系外行星，还有8,288颗待确认。
随着新一代的太空望远镜，如詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)、欧几里得、柏拉图和南希格雷斯罗马太空望远镜(RST)的启动，预计在未来的几年内，这一数字将大幅增长。
最近，一支由波尔多天体物理学实验室(LAB)和维也春毁亮纳大学的博士后研究员Nuria Miret-Roig领导的研究团队，在《自然天文学》上发表了一项引人注目的发现。
他们利用来自世界各地的望远镜，发现了70颗没有母星的自由漂浮行星(FFP)，这是迄今为止发现的最大样本，使得可供研究的FFP数量几乎翻了一番。
关于FFP的存在，长期以来一直是天文学家的猜测，数值模拟显示它们可能相当普遍。
实际上，一些研究表明，可能有数十亿颗这样的行星在星际空间中游荡——其数量可能超过银河系中的恒星！关于行星如何成为FFP的确切机制仍然是个谜，但存在多种理论。
一种理论是行星在星际空间中形成后，被经过的恒星的引力相互作用拉走，或者被超新星爆炸踢出，或者在太阳死亡后自由漂浮到太空中。
由于FFP通常无法在可见光下成像，天文学家需要使用非常灵敏的望远镜和仪器来检测它们。
他们通过结合物体的自行运动和多波长测光数据，以及利用年轻的FFP仍然温暖的特性，成功地发现了这些微弱的行星。
这项研究不仅增加了我们对FFP的理解，也为行星形成和演化模型提供了新的启示。
特别是，对于这些行星的形成过程和早期演化过程的理解，对于我们理解宜居行星和生命起源的关键。
此外，FFP可能承载生命的可能性也令人兴奋。
它们可能藏在地下口袋中，通过放射性元素的缓慢衰变或对流提供必要的热量。
或者，它们可能拥有厚厚的大气层和表面有水的卫星，从而再次提高了生命存在的可能性。
这些引人入胜的可能性预示着未来几年将有一大批FFP可供研究，我们将会找到答案。
行星的形成过程决定了它们是否包含对孕育生命至关重要的元素
莱斯大学的科学家将地球的氮归因于月球到火星大小的天体的快速生长。
一个特定星球上的生命前景不仅取决于它在哪里形成，还取决于如何形成。
像地球这样在太阳系宜居区域内运行的行星，具有支持液态水和丰富大气的条件，更有可能孕育生命。
根据莱斯大学科学家的研究，如果原料物质在分离成核心-地幔-地壳-大气层之前迅速成长到月球和火星大小的行星胚胎周围，就可以形成含氮的类地行星。
如果金属-硅酸盐分化的速度比行星胚胎大小的物体的生长速度快，那么固体储层就不能保留很多氮，从这种原料中生长出来的行星就会变得极其贫氮。
事实证明，该行星是如何形成的也决定了它是否捕获和保留了某些挥发性元素和化合物，包括氮、碳和水，这些元素和化合物产生了生命。
在《自然-地球科学》上发表的一项研究中，莱斯大学的研究生和主要作者Damanveer Grewal和Rajdeep Dasgupta教授阐明，物质加入原行星的时间和原行星分离成不同层次的时间，包括金属核心、硅酸盐地幔外壳和大气包层，在一个称为行星分化的过程中，这其间的竞争决定岩质行星保留哪些挥发性元素至关重要。
莱斯大学地球化学家分析了共存金属和硅酸盐的实验样本，以了解当它们被置于类似于分化的原行星所经历的压力和温度下时，将如何发生化学作用。
他们以氮为代表，推测一个星球如何聚集在一起对它是否捕获和保留对生命至关重要的挥发性元素有影响 研究人员用氮气作为挥发性物质的代理，表明大部分氮气在分化过程中逃到原行星的大气中。
这些氮随后随着原行星的冷却或在其成长的下一阶段与其他原行星或宇宙体的碰撞而流失到太空中。
这个过程耗尽了岩质行星大气层和地幔中的氮，但是如果金属核心保留了足够的氮，那么在类地行星的形成过程中，它仍然可能是氮的重要来源。
莱斯大学的高压实验室捕捉到原行星分化的行动，以显示氮对金属核心的亲和力。
通过将含氮金属和硅酸盐粉末的混合物置于近3万倍的大气压力下，并将它们加热到超过其熔点，来模拟高压-温度条件。
嵌入回收样品的硅酸盐玻璃中的小金属块是原行星核心和地幔的各自类似物。
利用这一实验数据，研究人员建立了热力学关系模型，以显示氮气如何在大气、熔融硅酸盐和核心之间分配。
从而计算出氮气如何通过时间在原行星体的不同储层之间分离，最终建立一个像地球这样的宜居行星。
莱斯大学研究生Damanveer Grewal（左）和地球化学家Rajdeep Dasgupta在实验室里讨论他们的实验，他们在实验室里压缩复杂的元素混合物以模拟原行星和行星深处的条件。
在一项新的研究中，他们确定一个行星如何聚集在一起对它是否捕获和保留生命所必需的挥发性元素，包括氮、碳和水有影响。
他们的理论表明，地球的原料材料在完成分化为熟悉的金属-硅-气体水汽排列的过程之前，迅速增长到月亮和火星大小的行星胚胎周围。
一般来说，他们估计这些胚胎在太阳系开始后的1-2百万年内形成，远远早于它们完全分化的时间。
如果分化的速度比这些胚胎的增殖速度快，那么由它们形成的岩质行星就不可能增殖出足够的氮，以及可能的其他挥发性物质，这对于发展支持生命的条件至关重要。
通过行星胚胎形成地球大小的行星，这将是一个巨大的挑战。
天苑四是一颗怎样的恒星？
揭示天苑四：恒星之旅的神秘篇章
位于波江座的璀璨明星——天苑四（ε Eridani），其历史可以追溯到古希腊天文学家托勒密的记录，曾以Ran的雅名为人所知。
这颗距离我们10.5光年的恒星，以其3.7的视星等，闪烁在夜空中，犹如一颗熠熠生辉的宝石。
天苑四的恒星属性独具特色，其质量、半径和亮度分别相当于太阳的%、%和%，尽管温度相对较低，仅为K2V晚期，但其金属丰度[Fe/H]却较低，这一点对行星的形成和演化产生了显著影响。
Kepler的研究揭示了天苑四行星系统中的多样性，金属丰度对行星类型的比例有着重要影响。
与大熊座移动星群的相似性，暗示了它们可能共享共同的起源，表明天苑四在年轻活跃时期，其磁场强度强大，质量损失率是太阳的倍，紫外线和X-射线辐射更是太阳的20倍。
然而，光球层元素丰度的测量却揭示了一个谜团，GBS项目提供的精确数据显示，某些元素相对太阳偏低，但重元素比例与太阳相似，这似乎指向了与太阳系早期类似的原行星盘化学成分。
潜在的行星家园: 天苑四可能孕育了复杂的行星系统。
一颗类似木星的行星天苑四b，经过Mawet et al (2019)的新分析得到了确认。
而在其环星碎屑盘中，存在一条可能孕育超级地球的环形碎屑带，从约47.8AU到约13AU宽，可能暗示着一颗隐藏的木星质量行星的存在。
然而，宜居带的探索仍在进行，170-418天的估计范围，暗示着类地行星的概率，平均每颗恒星可能都有一颗潜在的家园。
动态平衡与生存挑战: 天苑四的系统结构微妙而复杂，排除了土星以上的质量行星，可能存在着海王星质量的行星。
长周期的类木行星可能与超级地球共舞，对宜居带内类地行星的形成产生影响。
小行星带的威胁、类木行星的保护作用，以及动力环境的不确定，都构成了天苑四行星系统内的动态挑战。
辐射与演化: 高能辐射强烈，但随时间的推移有所减缓，这对类地行星的气候稳定性至关重要。
宜居行星的寿命受限于地质活动而非恒星寿命，内部放射性元素如K、Th和U的丰度研究，对于理解地幔热演化和板块构造的影响至关重要。
地壳秘密与宜居性: 行星成分对宜居性至关重要，Mg、Si、Fe、C、O等元素影响着内部矿物的形成、氧化状态、磁场及板块构造。
天苑四的Mg/Si和Si/Fe比例与地球相近，暗示其地幔可能拥有类似地球的地壳构造。
GBS项目正在深入研究C和O的丰度，它们对地核形成和地幔对流有着深远影响。
而对K、Th和U的深入研究，将揭示它们对地幔热和构造演变，以及板块和磁场形成的关键作用。
总的来说，天苑四，这颗神秘的恒星，不仅揭示了自身的独特性质，还为我们探索外星生命的可能性提供了宝贵的线索。
未来的研究将继续深入挖掘这个系统中隐藏的奥秘，为我们揭示更多关于宇宙起源和行星生命的迷人故事。
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