由中国科学院上海天文台邓洪平研究员领导的国际合作科研团队提出了形成流浪行星质量天体（Planetary Mass objects,PMOs）的全新机制，这些质量介于恒星与行星之间的神秘天体，既非传统恒星形成过程的产物，也非被驱逐的巨行星，而是通过年轻恒星的星周盘发生潮汐相互作用直接形成。这一发现对理解星团对行星形成的影响，探索恒星形成和行星形成的边界有重要意义。

该研究由香港大学、中国科学院上海天文台、加州大学圣克鲁兹分校和苏黎世大学等国内外国家研究单位的科研人员合作完成，相关成果于2月27日正式发表于《科学进展》（Science Advances）。论文第一作者为邓洪平指导的研究生。

图1.詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对猎户座星云中Trapezium星团附近区域的近红外波段成像。这个年轻的恒星形成区仅有100万年的历史，包含了数千颗新形成的恒星，其质量范围从太阳质量的40倍到不足0.1倍。该区域还包含许多褐矮星，这些天体的质量低于太阳质量的8%，而在褐矮星之下，从大约13倍木星质量开始，则是行星质量天体（PMOs）。最新的韦伯望远镜数据揭示了数百个这样的天体，它们自由漂浮（流浪）在星云中，不围绕恒星运行。图片来源：NASA,ESA,CSA /M. McCaughrean,S. Pearson。

流浪行星质量天体的谜团

PMOs是质量低于氘燃烧极限（约13倍木星质量）的天体，质量接近巨行星，却不被任何恒星所束缚（此处暂不讨论更低质量的流浪天体）。PMOs在2000年被首次探测到，近五年内观测样本陡增，JWST证实PMOs广泛存在于年轻星团中（图1）。过去二十多年，科学家们认为它们可能是分子云坍缩形成的极低质量恒星，或是从母恒星系统中被抛射出来的巨行星。然而，这两种理论均无法解释PMOs的丰度之多、多体系统（如双星或三星）之繁，以及其与恒星运动特征之间的一致性。例如，猎户座大星云中的Trapezium星团内，PMOs的数量远超传统恒星质量函数的预测，且约9%的PMOs以多体系统形式存在，这与极低质量恒星系统的特性截然不同。另一方面，很多PMOs周围存在延展的气体盘，半径可达一百倍日地距离（Astronomical Unit,AU）。这预示着PMOs与恒星同时形成于星云气体耗散之前，且未曾被恒星束缚，否则PMOs气体盘的大小将被恒星引力严重限制。因此PMOs也不是被主星抛射出来的巨行星。

星周盘相遇：诞生PMOs的“宇宙工厂”

PMOs难以被现有的恒星或行星形成理论解释，促使我们提出了早期星周盘相互作用形成PMOs的全新理论。研究团队通过高精度流体动力学模拟发现，当两颗年轻恒星的星周盘以特定角度和速度近距离相遇时，潮汐力会拉伸并形成细长的“潮汐桥”（tidal bridge）。这些桥状结构在引力作用下进一步收缩为致密的线状分子云，最终断裂并坍缩成独立的天体——即PMOs（图2）。

图2.相遇星周盘之间形成潮汐桥并坍缩形成PMO双星的三维流体力学模拟示例。上图显示了模拟中气体的密度，区域大小为2000 AU × 1120 AU;下图放大了200 AU × 112 AU的中心区域，以显示PMO双星（由白色的吸积粒子代表）的形成和演化过程。

模拟显示，这一过程在密集星团（如Trapezium星团）中的产生效率极高。当星周盘以每秒2-3公里的速度、300-400 AU的距离擦肩而过时，潮汐桥的线密度超过稳定性的临界值，可同时产生多个PMOs，甚至形成紧密的双星或三星系统。在致密的Trapezium 星团中，恒星相遇频繁，且恒星速度弥散恰好在每秒2-3公里之间，因此它形成了PMOs的“摇篮”，孕育了目前观测到的最大PMOs群体。而在恒星运动速度弥散很小的IC 348星团中PMOs很稀有。此外，这些形成的PMOs周围还保留了延展的气体盘，这与观测结果高度吻合，进一步验证了该理论的可靠性。

介于恒星与行星的新族群？

这一机制不仅能解释PMOs的丰度和性质，还暗示它们可能代表了一类全新的天体，为理解宇宙中流浪行星的形成机制提供了新的思路。论文通讯作者邓洪平表示：“PMOs或许构成了宇宙中既非恒星、也非行星的一类天体，将帮助我们理解恒星形成和行星形成的边界。”

目前PMOs的观测样本正在迅速增长，中国科学院上海天文台领导的系外地球巡天计划能通过微引力透镜法高效地搜寻流浪行星，针对不同星团中PMO发生率和性质的研究，将进一步揭示这一机制在宇宙中的普适性。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adu6058

科学联系人：邓洪平 hpdeng353@shao.ac.cn