无论是恒星还是它们周围的行星，都是通过从周围的圆盘中吸积物质而形成的，也就是说，它们是由相同的物质演化形成。在形成过程中，一些物质凝结形成岩质行星，其余的要么被恒星积累，要么成为气态行星的一部分。正因如此，天文学家一直认为，从理论上讲，行星的化学组成与其宿主星的化学组成有关。
这种推测在太阳系中（除水星之外）的大多数岩质行星上都可得到印证。然而，这并不足以证明这种预测对于整个天体物理学来说都是正确的。要想真正确认这种猜测，最直观的做法就是对系外岩质行星和它们的宿主星进行成分分析，再将分析结果进行比对。但要做到这一点并不简单，因为这需要能够对那些岩质的系外行星的内部结构进行直接测量，而这是不可能做到的。
现在，在一项新研究中，天文学家发现岩质行星的组成确实与它们的宿主星的组成密切相关；但与此同时，这二者之间的关系又比天文学家以为的要更加复杂。他们将详细的研究结果发表在了近期的《科学》杂志上。
在新研究中，天文学家使用一种间接方法来估算了22颗岩质系外行星的组成，这些行星围绕着类太阳恒星运行。
他们在系外行星经过其宿主星时测量了这些行星的半径，并通过观察其对恒星的引力影响来计算系外行星的质量，这些测量结果可以给出这些系外行星的密度。通过将测得的这些行星数据与一个被称为伯尔尼行星形成和演化模型相结合，他们估算出了这些行星中的铁含量。
接着，研究人员将这些系外行星的组成与它们的宿主星在冷却时的情况进行了比较。虽然恒星的大部分物质（主要是氢和氦）在冷却时仍以气体的形式存在，但有一小部分会凝结，这一部分是由铁和硅酸盐等可以形成岩石的物质组成的。
研究人员假设，除了最轻的那些元素之外，像太阳这样的主序星的大气层，应该可以很好地反映它在形成时的原行星盘中的化学组成，因此从这些比例中，就可以计算出这颗恒星及其行星的原行星盘的组成。通过对恒星发出的光进行光谱学分析，就可以确定恒星大气中的镁、硅和铁等元素的比例。
在将分析所得出的22颗系外行星的铁含量与恒星的铁含量进行比较之后，研究人员发现，正如预期的那样，这些观测结果揭示了恒星及其行星的组成之间的明确联系。
然而，这种关系并非如预期的是1:1的，系外行星的铁含量和宿主星的铁含量之间的线性关系的斜率大于4。这与科学家们原本的预期不同，他们本以为，恒星中的元素丰度应该为行星中的元素丰度设置上限，然而如此巨大的斜率表明，对于一些行星来说，行星中的铁含量甚至高于恒星中的铁含量。
研究人员认为，这意味着除了原行星盘的化学成分之外，行星的形成过程在决定行星的最终组成方面也可能起到了重要作用。比如这些铁含量很高的行星可能遭受过巨大的冲击，使一些外部的、较轻的物质断裂，而致密的铁核仍然存在。
此外，研究中的5个富含铁的超级水星与17颗超级地球相比则显得非常怪异。研究人员将这种不同归因为超级地球和超级水星似乎是不同类型的系外行星，它们有着不同的组成成分，是通过不同的过程形成的。
了解一颗行星的组成部分可以让我们获取很多有用的信息。一颗行星的确切组成会影响它所包含的放射性物质的多少，或者它的磁场的强度，所以它可以决定这颗行星是否适合生命生存。
在这项研究中，天文学家通过测量行星的质量和半径，计算出了行星的密度，进而了解了行星的组成。这不仅能够为探索行星的历史提供线索，还能帮助我们根据密度来缩小行星的可能成分范围。此外，这项研究带来的最直接的意义，或许它首次为天文学家长久以来的预期提供了支持性的证据，但又同时对它进行了部分驳斥。
#创作团队：
编译：不二北斗
#参考来源：
https://www.unibe.ch/news/media_news/media_relations_e/media_releases/2021/media_releases_2021/the_planet_does_not_fall_far_from_the_star/index_eng.html
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg8794
https://physicsworld.com/a/compositions-of-exoplanets-and-their-stars-have-a-surprising-relationship-study-reveals/
#图片来源：
封面图：Tania Cunha/Planetário do Porto - Centro Ciência Viva & Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
发表于 2021-10-30 23:38
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