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孤身一星遊蕩於星際空間中的星際行星和星際恆星是什麼樣的天體

由太空生物學發表于遊戲2023-01-31

簡介圖源：太空生物學｜圖解：行星系統中原本有3顆圍繞母星旋轉的原行星，其中兩顆小質量原行星受到大質量原行星的影響，最終脫離了行星系統銀河系存在著4000億顆星際行星，比如：ROGUE63281、CFBDSIR2149、PSO J318.5-22

木星對地球有什麼幫助

作者：黃媂

宇宙的每個星際空間角落都存在著詭秘的天體，比如：

■

質量緻密的中子星，一顆9cm³大小的中子星放在地表上就可以貫穿整個地球；

■

半徑是太陽2158倍的「史蒂文森2-18」紅巨星，這樣的體積足以裝下100億顆太陽；

■

目前唯一存在生命的行星——地球；

然而宇宙中還存在另外兩種詭秘的天體——星際恆星

和

星際行星。

圖源：網路｜圖解：宇宙半景圖

在萬有引力的物理作用下，月球圍繞著地球作週期公轉運動，地球圍繞著太陽作週期公轉運動，太陽圍繞著銀河系的星系核作週期公轉運動。

但是有些“

星際天體

”卻沒有遵循圍繞著中心引力源執行的定律，它們就好比是被逐出了獅群的雄獅，流離失所孤影一獅漫無目的地在草原上流浪。這些“

星際天體

”與雄獅一樣，孤單一星飛行在廣闊無垠的星際空間中。

“

星際天體

”飛行的速度十分驚人，飛行的速度甚至已經超越了第四宇宙速度，如此之快的速度足以讓它們擺脫星系的束縛，向著更深空的星際空間前行。

圖源：網路｜圖解：逃離銀河系束縛的星際天體

「星際恆星」的誕生

太陽系這種單恆星系統在宇宙中是極其罕見的，大多數的恆星系統都是雙恆星系統或者兩顆恆星以上的多恆星系統。所有的恆星系統都有一個共同的物理形成機制。

氣體分子云在重力的作用下不斷聚集坍塌，有可能會形成一個恆星胚胎，有可能會形成兩個或者兩個以上恆星胚胎，最終胚胎會形成多顆恆星，這種形成機制決定了星系中恆星分類的型別：

多顆恆星集合在一起的緊密型和單或雙顆恆星的鬆散型。

在銀河系的邊緣地帶就存在許多鬆散型的恆星，這些恆星原本是在銀河系內部的，但是隨著銀河系的自轉，這些恆星最終會脫離銀河系的束縛成為——「

星際恆星

」。

圖源：網路｜圖解：星際恆星

成為星際恆星的方式：

■

方式一·超新星爆發：

大部分的

星際恆星

都是年邁的恆星·

白矮星

，這些恆星在青春期的時候原本是位於銀河系中心區域的，但是隨著銀河系的旋轉它們會被帶動到銀河系的邊緣區域，從中心到邊緣的這趟旅行會花費數十億年，原本是青春期的恆星也變成了暮年的恆星殘骸·

白矮星

。

白矮星

這種恆星意味著它們已經經歷過了

超新星爆發

這個極致的物理過程，早期的銀河系物質分佈是非常稠密的，因此形成的第一代恆星通常都是很大質量的，大質量恆星都是憑藉著氫核聚變的機制與自身的引力相抗衡。

當作為燃料的氫燃燒殆盡之後，恆星就再也沒有了與引力抗衡的力量，此時的恆星也處在了死亡的狀態。

以此類推，質量越大的恆星消耗的氫氣就越多，步入死亡的狀態也越快，相對的壽命也越短，質量與壽命是成正比。

早期的銀河系存在數量很多的第一代恆星，因此早期的銀河系超新星爆發事件是非常普遍的。

發生了超新星爆發後的星體會坍縮成為

白矮星

、

中子星

或者

黑洞

，至於坍縮成什麼型別的星體是由恆星的自身質量所決定的。

質量越大的恆星產生的超新星爆發衝擊力就越大，坍縮後的星體（

白矮星

、

中子星

或者

黑洞

）會在爆發的衝擊力影響下被推向其它區域，從而成為了「

星際恆星

」，

這是恆星成為星際恆星的一種方式。

圖源：網路｜圖解：恆星演化過程示意圖

■

方式二·排斥力

具有三顆或者三顆以上的恆星系統，稱為多星系統，比如原本兩顆恆星的系統可以非常穩定地相互繞轉，但是如果多了一顆恆星的話，那麼恆星系統就不能穩定地運行了，額外的影響會導致穩定的系統變得混亂。

圖源：網路｜圖解：三合星系統恆星執行軌道

三體系統一切初始執行和演化都是由混沌動力學支配，並且高度依賴系統早期的形成時的細微變化，恆星的執行軌道十分不穩定，執行軌道趨向於不可模擬的形狀，混亂執行中的恆星，最終會有一顆不可避免地被甩出恆星系統，這是恆星成為星際恆星的第二種方式。

圖源：網路｜圖解：三星系統恆星執行軌道模擬圖

舉例說明：

半人馬座a星

是一個三合星系統，這3顆恆星分別是：

半人馬座a星A

、

半人馬座a星B

和

半人馬座a星C·比鄰星

；其中A和B組成了一個雙星系統，

比鄰星

則是以雙曲線的執行軌道圍繞雙星系統運轉，這個三合星系統與其它多星系統無異，雖然目前看似可以穩定地執行，但是比鄰星的執行軌道是既混亂又不穩定的。由於

比鄰星

是以雙曲線的執行軌道圍繞雙星系統公轉，因此在不久的將來

比鄰星

會被甩出半人馬座a星恆星系統。

圖源：網路｜圖解：半人馬座a星

■

方式三·衝擊力：

在一個存在多顆恆星的高密度星系團裡，有的恆星會距離彼此比較近，當兩顆恆星的距離達到了閾值時，它們會在引力和離心力的作用影響下圍繞著對方旋轉，成為

雙星系統

。

雙星系統中質量相對於較大的那顆恆星會率先發生

超新星爆炸

，質量較小的那顆恆星會被超新星爆發的衝擊力彈射到星際空間中去。由於脫離了原來的執行軌道，飛行的速度也非常快，沿途也沒能遇上能夠束縛住高速飛行中的星體，從而成為「

星際恆星

」，這是恆星成為星際恆星的第三種方式。

圖源：網路｜圖解：雙星系統/白矮星與小質量伴星——超新星爆發

■

方式四：引力彈弓效應

當一個雙星系統移動到與黑洞很近的區域時會短暫地組合成一個三合星系統，在黑洞質量的影響下原本雙星系統的重力與質量之間的微妙關係會受到破壞，隨之而來的三合星系統將會變得非常混亂。

因為此時的雙星恆星會在新的重力場下圍繞著質量較大的黑洞運轉，雙星系統利用黑洞重力場來加速，從而使得其中的恆星因速度過快被甩了出去，這就是引力彈弓效應讓恆星成為星際恆星的第四種方式。

圖源：網路｜圖解：引力彈弓效應示意圖

◢舉例說明一：

當你用手指轉動一串鑰匙，當這串鑰匙越轉越快的時候，最終那串鑰匙會脫離你的手指，並且會與很快的速度飛出較遠的一段距離。

◣舉例說明二：

當年旅行者2號就是利用了太陽系中的行星引力彈弓效應，這樣做的目的不僅是為了省時，同時還是為了省能源。

圖源：網路｜圖解：旅行者2號·引力彈弓效應示意圖

星際恆星·S5 HVS1

星際恆星都擁有高速的飛行速度，

S5 HVS1

是一顆位於天鶴座的A型主序星，在獲得了足夠的速度之後，從原來的執行軌道彈出之後，以每秒16093公里的速度向著銀河系邊緣的區域飛行，造成

S5 HVS1

成為星際恆星的原因是——

引力彈弓效應

。

S5 HVS1

並不是一顆普通的恆星，根據觀測的結果顯示它的體積是太陽的2倍，質量也比太陽大2。35倍。雖然體積與質量不足以構成它異常的原因，但是體積如此之大的恆星竟然有每秒16093公里的飛行速度就非比尋常了。

S5 HVS1

還有一個不尋常之處，那就是與其它被黑洞引力彈弓效應彈甩出來的恆星相比，

S5 HVS1

的質量實在是太過於小了，因為如此小質量的恆星通常只會被黑洞的引力束縛從而被黑洞吞噬，但是

S5 HVS1

卻反常地被甩出來了，這就意味著這股能量非常巨大，而那顆黑洞的質量也很大。

圖源：網路｜圖解：S5 HVS1向著銀河系邊緣的區域飛行

能夠在星系中快速飛行的恆星被稱為

超高速星

，也就是普通的恆星，但是有些“恆星”的移動速度相對會慢一些，此類星體算不上是真正的這“恆星”，這種

密度緻密

、氮元素含量丰度不高並且冷卻緩慢的等離子星體叫做「

中子星

」，是恆星生命晚期經歷過超新星爆發後的殘骸。

●推動S5 HVS1逃離銀河系的能量有多大？

其實這個能量挺大的，根據模擬的結果，假如用推動

S5 HVS1

的這股能量來推動地球的話，那麼地球的移動速度會被這股力量加速到光速的99。7%，這是一個非常接近光速的速度了，置身於這個速度中的地球將會被直接氣化。

S5 HVS1

的體積很大，密度也是緻密的，那麼就意味著只有質量巨大的黑洞才可以破壞它原本的執行軌道，並且讓

S5 HVS1

的飛行速度達到了每秒16093公里。根據

S5 HVS1

逃離的方向軌道來分析，最終確定

S5 HVS1

是被銀河系中心的超大黑洞·

人馬座A

所拋甩出來的，同時

S5 HVS1

也是第1個被證實是從銀河系中心區域彈出來的恆星。

在

S5 HVS1

成為

星際恆星

之前，它只是雙星系統中的其中一顆恆星，它的質量比伴星的質量大，這個雙星系統移動到

人馬座A

超大質量黑洞附近時受到了強大的引力影響，最終質量較小的伴星被

人馬座A

吞噬了，吞噬後兩顆恆星相加起來的重力將

S5 HVS1

從原來的軌道中拉了出來，最終成為了

星際恆星

。

圖源：網路｜圖解：S5 HVS1超高速星被人馬座A超大質量銀心黑洞從原來的軌道中拉了出來

星際恆星·GD 492

編號為

GD 492

的速逃恆星是一顆白矮星，觀測資料表明這顆速逃恆星正在逃離銀河系，按照目前320萬公里每小時的速度計算模擬，

GD 492

在逃離銀河系之前，沿途沒有任何恆星可以將如此高速飛行的速逃恆星束縛住，結果只有一個——成為「

星際恆星·GD 492

」。

圖源：網路｜圖解：正在穿越銀河系的星際恆星·GD 492

GD 492

在高速飛行的同時還會以9小時旋轉一週的速度自轉，一般恆星的自轉速度並不會這麼慢的，造成自轉慢的原因是由於

GD 492

經歷了超新星爆炸的物理反應，衝擊力帶來的影響不僅減緩了自轉速度，同時還吹走了相當一部分比例的元素。雖然有一部分的元素被吹走了，但是

GD 492

還存有一些與其它星際恆星不同的元素，

GD 492

的主要成分是氧元素和氖元素，因為一般的星際恆星都是由氫、氦和碳元素組成，相反氧元素和氖元素只會存在於發生了超新星爆發的那顆恆星上，因此

GD 492

與伴星發生了物質交換。

圖源：網路｜圖解：超新星爆發

GD 492出現物質交換的情況只有兩種：

■

情況一：

GD 492

原本處在一個又星系統中，伴星的質量略比

GD 492

要高一些，於是伴星就率先發生了超新星爆發，伴星爆炸時將自身的元素噴灑到了

GD 492

的星體上，基於氧和氖元素是較重的元素，

GD 492

憑藉引力將氧和氖元素永遠束縛住了，這些氧和氖元素的丰度甚至將原來的氫、氦和碳元素覆蓋了，因素

GD 492

表現出的元素丰度是氧和氖元素。

超新星爆發的衝擊波還將

GD 492

推向了銀河系的邊緣，從此這顆星際恆星在衝擊力的推動下，帶上了伴星贈予的元素禮物踏上了遠離銀河系的旅途。

圖源：網路｜圖解：超新星爆發噴灑物質

■

情況二：

GD 492

已經發生過超新星爆炸，如果

GD 492

是一顆伴星的情況下，那麼發生超新星爆發時產生的衝擊波會讓

GD 492

的自轉速度加快，但是從

GD 492

每9小時自轉一圈的週期來看，

GD 492

根本不會是一顆伴星，而是已經經歷過超新星爆發的星體，因為只有發生過超新星爆發的恆星才會凸顯出如此低速的自轉。

圖源：網路｜圖解：超新星爆發

目前發現的

星際恆星

除了以上介紹的

GD 492

和

S5 HVS1

之外，還有

GD 50·

白矮星，從顆原本屬於昴宿星團的恆星現在已經旅行到了波江座。綜上所述就是

詭秘天體之一的——

「

星際恆星

」。

「星際恆星」的誕生

星際行星

與

星際恆星

類似都是被逐出原來星體系統之後獨自在星際空間中游蕩的天體，二者的不同之處在於

星際行星

是行星，

星際恆星

是恆星。然而星際行星當中也有像地球一樣的類地行星和像木星一樣的類木行星，也有被稱為失敗恆星的

棕矮星

和

次棕矮星

。

星際行星

這種天體在銀河系是普遍存在的，根據天文學家的探測估算，銀河系當中的恆星數量大約是2000億顆，而

星際行星

的數量是恆星總數量的2倍，達到了4000億顆。在所有早期的行星系統中，會有一半的原行星會在大質量天體的引力影響下成為——

星際行星。

圖源：網路｜圖解：星際行星

除了數量上讓人出乎意料之外，還有就是它們根本沒有圍繞著母星恆星公轉，在某種情況的影響下從而離開了原來的行星系統和星系，獨自遊蕩在星際空間中的行星，它們穿行在恆星與恆星之間的黑暗空間中，甚至有些

星際行星

已經上億年沒有被陽光照射過了，由於長時間暴露在寒冷的星際空間中，有些星體的表面已經完全被黑暗和冰層覆蓋。沒有了日與月的時間定義，也沒有了春夏秋冬的季節氣候，更沒有了白晝與黑夜之分，然而在這樣惡劣的環境中生命依然是有可能存在的。

圖源：網路｜圖解：星際行星——ROGUE32P08

成為星際行星的方式：

◣

方式一：重力

早期的行星系統是非常混亂的，小質量原行星不僅在物質上要與大質量原行星展開爭奪，並且要避免與其它原行星發生碰撞，當原行星吸積足夠多的物質變成一顆真正的行星時，並不代表這顆行星可以在行星系統當中永遠穩定地執行下去。

在行星系統剛剛形成不久的期間，有些行星會受到大質量行星或黑洞的引力影響後會被甩出行星系統，或者有些行星系統中的原行星可以穩定地圍繞母星公轉，但是有些行星系統中的小質量行星確實會因為執行軌道距離得比較近，又或者受到黑洞和行星引力的影響會被甩出行星系統，從而成為

星際行星

。

圖源：網路

◣

方式二：束縛力

假如一個行星系統中存在幾顆行星，當質量很大的行星距離母恆星非常接近時，那麼小質量行星就會同時受到母恆星與大質量行星的引力影響，當小質量行星執行到與大質量行星周邊時，小質量行星會被大質量行星的引力束縛，因此小質量行星就會

暫時成為大質量行星的“衛星”

，但是在圍繞大質量行星執行一段時間後，大質量行星的引力不足以再將小質量行星束縛住了，由於失去了母恆星和大質量行星的引力束縛，也沒有了可以執行的引力軌道，從此成為

星際行星。

圖源：太空生物學｜圖解：行星系統中原本有3顆圍繞母星旋轉的原行星，其中兩顆小質量原行星受到大質量原行星的影響，最終脫離了行星系統

銀河系存在著4000億顆

星際行星

，比如：

ROGUE63281

、

CFBDSIR2149

、

PSO J318.5-22

和

ROGUE32P08

等等，這些獨星在星際空間中游蕩的

星際行星

由於失去了母恆星的陽光照射，它們的表面溫度會迅速下降，擁有海洋的行星早已完全凍結成冰，有些行星已經被冰層覆蓋了，存在大氣層的行星會因低溫的影響最終也會被凍結，有些行星的溫度甚至已經接近了絕對零度，溫度如此之低的

星際行星

已經變得與岩石一樣堅硬。

圖源：網路｜圖解：星際行星——CFBDSIR2149

一旦

星際行星

長期失去了陽光和照射，又或者在星際空間中游蕩的時間夠長，那麼它們的溫度基本上都會接近絕對零度了，因為星際空間中某些區域的溫度只有零下273。15℃，這些剛好處在這個區域內的

星際行星

溫度也會無限接近絕對零度。只能是接近這個溫度。但是不可能會和絕對零度一樣的，一方面目前並沒有發現有如此低溫的行星，另一方面是行星擁有前進的動能，E=mc²。

圖源：網路｜圖解：星際行星——PSO J318.5-22

星際行星有可能存在或誕生生命嗎？

尋找地外生命的基本準則是

宇宙學原理

，也就是要有與有地球類似的環境和存在生命的基本條件——

液態水

。

目前對碳基生命的理解和研究都是建立在液態水之上，液態水之所以會如此重要是因為它不僅可以將物質和能量融合在一起讓二者透過化學反應產生生命體，同時還是生命所需的基本物質。

舉例說明：

假如有兩顆地球，一顆是我們現在生活的地球，另外一顆地球除了沒有一滴液態水之外，其它都和地球一樣，那麼這顆地球將無法誕生生命。

◣既然星際行星沒有了陽光的照射溫度會下降結冰，那麼還會存在液態水和生命嗎？

完全有可能的！

❶假如

星際行星

擁有一個由緻密的氣體氫組成且壓強很高的濃厚大氣層，那麼在這種情況下星際行星的大氣層不但會被凍結，而且還會將星際行星散發的熱量困住，不讓熱量向星際空間逃逸。濃厚的大氣層既困住了熱量，還將星際空間的寒冷阻擋在外，那麼這顆星際行星的海洋就會一直保持在液態的狀態。

圖源：網路｜圖解：星際行星表面的淺綠色層圈是大氣層

❷假如

星際行星

擁有一顆或者多顆對它始終不離不棄的衛星，那麼衛星就起到了保持星際行星溫度的作用。

當

星際行星

受到衛星的潮汐力作用，其內部就會產生

摩擦力並將

星際行星

旋轉動能化為

內能

，內能再轉化為

熱能

。因此

星際行星

就可以保持溫度，但是這種情況下海洋的表面還是會有一層冰層覆蓋。

舉例說明：

潮汐主要是月球對地球產生引力的結果,地球地表上的海水會被月球的引力吸引，當月球執行到距離海洋很近的時候，海水會被月球的引力吸引，於是就有了潮漲，相對的其它區域會因為海水的不足從而就有了潮落。

圖源：網路

◣沒有了恆星提供的能量，生命能夠在寒冷且黑暗的海洋生存嗎？

地球的海洋底部是一個完全黑暗且非常寒冷的區域，但是這裡的火山活動依然是很活躍的，火山口會不斷噴湧出大量富含營養的黑色礦物質，這些物質的溫度很高，從而周圍的海水也會被加熱到幾百攝氏度。

對於我們人類來說幾百攝氏度的環境是非常惡劣的，但是對於某些生物平說這裡簡直就是天堂，海底火山口不僅提供了溫度舒適的生活環境，並且還有源源不斷的礦物質從火山口噴湧而出，細菌以這些礦物質作為食物，然後創造出各種各樣的有機物質。有機物質又吸引來了大量的甲殼類動物、雙殼類動物、魚類、蟹類和軟體類動物，最終在火山口附近形成了一個穩定的生態系統。