銀河系中有1萬億個孤獨、寒冷、黑暗的流浪星球
它們可能會注孤生。
David A. Aguilar
在我們的印象中，行星多半是有主的。雖然它們本身形態各異，有像木星那樣的氣體巨人，還有和地球相近的岩石行星，但它們總應該圍繞著至少一顆恆星運行。
銀河系擁有以千億計的恆星，它們中的每一顆都是獨一無二的，它們都有著自己身世。它們有的體格巨大而明亮，有的身形矮小而昏暗；有的血氣方剛，有的老態龍鍾。但有一件事幾乎都是相同的——它們大多擁有自己的行星系統。
但是除此之外，除了這些圍繞著恆星運行的天體之外，我們的銀河系中，我們的宇宙中還存在著大量的無主行星——流浪行星。
窮盡當前人類掌握的所有科學知識，我們所能指出的是，在宇宙中流浪的無主行星數量，可能比宇宙中的恆星還要多。這意味著當我們仰望星空，除了那一個個的光點，還有許多大質量天體在虛空中穿行，但我們看不到它們，因為它們本身不會發光。
近年來，科學家通過觀測，發現了大量可能存在的流浪行星候選者。請注意「候選者」這個詞，這非常重要。因為我們無法確定它們是不是真的行星，因為我們沒有好的辦法來進行驗證。即便用我們當前所有的最好設備，對這些天體進行檢測也是十分困難的。（它們產生的僅有特徵是非常昏暗的紅外線。）但可以預計，太空中存在著大量此類天體。因為即便很難被發現，人們還是找到了許多可能性非常高的潛在目標。
那麼這些流浪星球究竟是從哪裡來的呢？
我們對自己的太陽系誕生過程有大致的了解。它是引力坍縮的產物。星雲物質在引力的作用下收縮，凝聚核的質量超過極限後，就會觸發核聚變，形成我們的太陽。隨後在太陽的周圍，物質會聚集起來，形成一個緩慢自轉的原行星盤。盤面中會產生引力的擾動，進而把越來越多的物質吸引到特定的空間位置上並越像滾雪球一樣越來越大。與此同時，新生的太陽也會逐漸把較輕的氣體吹入星際空間。長久以後，這些引力擾動點便會長成小行星、岩石行星和氣體巨行星。
但這些天體不僅會圍繞著中央恆星運行，它們之間也會互相影響。它們的軌道會發生調整和遷徙，慢慢地趨向於一種穩定的布局。一般來說，最大的行星在遷徙到最穩定的布局上時，會犧牲掉那些較小的行星。
那這些在行星太空競賽中失利的傢伙命運如何？它們有可能會在行星的合併中被消耗掉，有可能會一頭栽進太陽，也有可能被踢出太陽系，進入茫茫的星際空間。而最後一種可能性是最大的。
近年來通過計算機模擬，科學家發現每一個擁有多個行星的行星系統在形成過程中，至少會踢出一個氣體巨行星。這樣的行星就只能在銀河系中孤獨地流浪。而每個太陽系踢出的較小岩石行星數量可能高達5至10個。幾乎可以斷定，這就是流浪行星的主要來源。銀河系中可能存在著大約幾千億個這樣的行星。
但有一件事非常有意思。科學家通過計算髮現，被年輕太陽系踢出來的行星數量，可能還不到所有流浪天體預期數量的一半。那這另外一大半是從哪裡來的？
要回答這個問題，我們就要從更大的尺度上來考察。我們不但要研究太陽系的形成方式，更要研究與此同時發生的恆星星團形成方式。
星團也是在較冷的氣體雲中緩慢坍縮形成的。這些氣體雲的成份大多是氫。在這些雲團內部會出現引力的不穩定，這樣的不穩定出現得越早，不穩定的程度越大，引力中心便能夠吸引到越多的物質。一旦有足夠多的物質聚集在特定的空間里，雲團中心的密度和溫度就會超過極限，引發核聚變，點燃恆星。
這一過程會在星雲中產生大量的恆星和行星系統。但與此同時，最大的、溫度最高的、最藍的恆星能夠輻射出強大的紫外線，這些紫外線能夠將星雲物質電離，使其趨於消散。於是，又一場競賽在宇宙中開始了。
宇宙中的星雲內，引力會竭盡全力把物質吸引過來，形成年輕的、不斷生長的引力過密區；而與此同時，輻射會竭盡全力地把這些中性氣體驅離，把它們吹散在星際空間。誰會勝出呢？
星雲中最大的引力過密區會形成最大、最熱和最藍的星，但這類恆星也是最罕見的。較小的過密區會形成其它恆星，但這類恆星隨著質量的越來越小，會變得越來越普通。這就是為什麼在年輕的星團內，雖然最顯眼的是那些最亮的星,（它們大多是藍色的，但也有一些演化到了晚期變成了其它顏色。)但它們在數量上遠不如那些質量較小的黃色（或紅色）昏暗恆星。
事實上，如果沒有來自這些年輕恆星的輻射，那些昏暗的紅黃色恆星會繼續生長，直至變成巨大、明亮而熾熱的巨星。
主序星有多種類型，最大、最熱、最藍的是O級星；最小、最冷、最紅的是M級星。M級恆星的數量最多——大約每4顆恆星中就有3顆M級恆星；O級或B級恆星的數量最少，大約只有1%的恆星是這類恆星。但O級星和B級星的質量總和，與M級星的質量總和幾乎是相當的。250顆普通M級恆星的質量總和，才能抵得過一顆O級星！
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事實上，星雲中90%的氣體和塵埃會被吹散，而形成不了恆星。質量最大的恆星形成速度最快，它們一旦出現，便會立即開始驅離產星區內的物質。這個時間尺度大約只有幾百萬年，在這段時間內，周邊空間內的物質會越來越少，從而使得新的恆星再也無法從中產生。直至剩下的氣體和塵埃被完全驅離。
結果呢？不僅僅是產生了大量的M級——這些質量在太陽質量8%至40%間的常見恆星，更有許多來不及成為M級恆星的天體，因為星雲物質的快速消散而被遺留下來。
也就是說，與每一顆恆星的誕生相對應的，是許多失敗的恆星。這些天體的質量不夠大，成不了恆星。每一顆恆星的成功，都伴隨著幾十甚至幾十萬顆恆星的失敗。真是一將功成萬骨枯啊！（這類天體也被稱為「褐矮星」，可分為L型和T型。L型的特徵更像M級恆星，T型更像氣體巨行星。）
想像一下，我們的太陽系曾經有許多天體，可以滿足物理學上的行星定義，但因為它們軌道的原因，被排除了出去。再想像一下，每一顆與我們太陽類似恆星的誕生，都伴隨著幾百顆質量未達到核聚變標準的恆星的失敗。這些天體，都是無家可歸的流浪星球。
這些生而無主的天體還有一個令人黯然神傷的名字——「孤兒行星（雖然它們不都是真正意義上的行星）」。它們可能有大氣，也可能沒有，但它們都極難觀測，尤其是那些特別小的（理論上存在）。但是通過數學，我們可以算出，銀河系中每一顆圍繞著恆星運行的行星，都對應著至少10萬個流浪星球，它們可能曾經是有主的，也可能從來也沒有圍繞過任何一顆恆星運行。而且它們都極難發現。
因此，銀河系中可能存在著許多被年輕的行星系統踢出的天體，其中少數可能還來自於我們的太陽系。但是銀河系中的大部分這類天體從未圍繞著恆星運行過。這些天體在銀河系內流浪，大部分註定孤獨一生，註定沒有機會體驗來自太陽的溫暖。而也有許多原本有機會成為它們主星的天體，失去了成為恆星的機會。
由此我們可以描繪出這樣一幅圖景，銀河系中可能存在著一萬億個游浪星球，而我們今天也才剛剛開始試圖了解它們。星際空間可能缺乏能夠發光的天體，但在我們前往另一顆恆星的旅途中，可能存在著大量此類世界在等著我們去探索。
Ethan Siegel 文 / 老孫 譯
「星空天文」系頭條號簽約自媒體
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