最大的巨行星有多大？褐矮星？

上回我们介绍了两个位于白矮星和脉冲星周围的行星，它俩分别也是目前已发现的体积最小和质量最小的行星。最小的行星我们已经见识过了，那最大的行星能有多大呢？

HD 100546 是一颗距离我们 300 多光年的年轻恒星，年龄大约在 1000 万年左右。和我们太阳相比它就像个刚满月的小 baby。因为刚出生不久，围绕它的不是成熟的行星，而是一个由气体和尘埃构成的圆盘，也就是原行星盘。

在这个系列第一期里我们说过，目前发现系外行星主要靠两种方式：凌日法和视向速度法。

但是这两种方式在有原行星盘的年轻恒星这里都不好用。因为凌日法行星会被尘埃盘遮挡；而视向速度法，幼年恒星的光球层又不稳定，会影响恒星光谱。那怎么办呢？

对，直接看！不就 300 多光年嘛，也不是太远。

但是说着容易做着难，直接成像法虽然是发现系外行星的一种重要方式，但它的限制条件比较多。比如行星的个头要足够大，距离恒星要尽量远，这样才不至于被恒星的光芒掩盖，加上现在又有个尘埃盘在这碍事儿，想直接看到行星确实没那么容易。

不过尘埃盘虽然碍事儿，但也有它的好处。通常巨大的行星会在尘埃盘中凿出一条又深又宽的缝隙，盘面上这些缝隙就成了天文学家在这里发现行星的线索。

2012 年，天文学家通过中红外干涉测量的方式研究了尘埃盘的间隙特征。然后他们发现，这里可能存在着一颗超级巨大的行星，质量甚至有 30 倍木星质量以上。

不过研究人员也发现，仅靠这一颗行星来解释尘埃盘的所有间隙，解释力可能不太够。因为它是一颗正在形成过程中的原行星，这个离谱的质量可能包含了部分尘埃盘或者其他行星的质量。另外，如果这颗行星真的达到这个规模的话，那它可能就不能算是行星，已经够资格被称为褐矮星了。总之，鉴于受限的观测手段，别说个头，这颗行星是否真的存在都还有很大不确定性。

随后，另外两个团队针对该天体进行了专门的研究。结果发现，在恒星偏北方向的尘埃盘中确实存在一个明亮的发射源。只是这次对质量的预估已经降低到十几倍木星质量。考虑到这里面的水分仍然不小，研究人员认为它应该是一颗新形成的气态巨行星，而非褐矮星。

此时这颗行星依然只是一颗候选行星，因为我们还缺少关于轨道周期这些行星的基本数据。

2015 年，研究人员首次利用多波段进行了高对比度的成像研究。这次虽然在质量上没有给出更精确的结果，但是他们这次给出了这颗行星较为精确的大小 ——6.9 倍木星半径。同时他们也计算出其轨道周期大约为 250 年，这意味着该行星的质量应该不会特别大。至此，这颗位于原行星盘中的正在形成中的系外行星正式被确认。

作为一颗正在形成中的气态巨行星，HD 100546 b 它对于天文学家来说简直是梦寐以求的。因为先前我们对行星的形成过程主要来源于推测和想象，所以这颗行星对于行星形成理论是一个非常理想的实验样本。

除此之外研究人员发现，在这颗行星的外侧，那里似乎还存在着另一颗行星，它的质量似乎更大。

六年后，一篇发表在 2021 年 7 月《天文学与天体物理学》期刊上的文章中，研究人员再次通过阿塔卡玛射电望远镜（ALMA）对该原行星盘进行了详细的观测和分析。这次研究人员利用光滑粒子流体动力学（smoothed-particle-hydrodynamic）对这两颗原行星进行了精确模拟。

在模拟结果与观测结果吻合的情况下，这次终于得到了这两颗行星较为精确地数据：那个 6.9 倍木星半径的巨行星，其质量约为 3.1 倍木星质量；而它外侧的那颗质量高达 8.5 倍（甚至可能接近 10 倍）木星质量，不过后者目前仍然处于待确认状态。

6.9 倍木星半径，单从尺寸来说这已经是目前已知行星个头的天花板了，但是如果从质量来看的话，无论是 3.1 倍还是 8.5 倍，距离极限值都还有些距离。

HD 206893 c 是一颗距离我们 130 光年的系外行星，经过精确地动力学测量，它的质量大约在 12.7 个木星质量，如此高的质量以至于它的表面温度接近上千度。

一个上千度的气态巨行星，这听起来像什么？是不是很像一颗恒星？而在它的外侧还有一颗更夸张的“行星”，它的质量甚至达到了 28 倍木星质量，这已经妥妥的是一颗褐矮星了。

所谓褐矮星，就是那些因为缺了些质量从而无法使内部的氢发生聚变，所以不被归为恒星的一类亚恒星。虽然氢没法被点燃，但只要达到 13 倍木星质量以上，让它的同位素氘发生聚变已经足够了。至于是否能持续燃烧以及能燃烧多久，这个和具体内部结构有关。这类“着了但又没着”的亚恒星就被称为褐矮星。

所以如果单从质量上看，HD 206893 b 确实不折不扣是一颗褐矮星。因此 HD 206893 算是一个非常特殊的混合行星系统，因为它同时包含了恒星、行星和褐矮星三者。这种情况对天文学家来说还是第一次遇到，它对研究褐矮星和超级巨行星它们之间的区别很有帮助。

其实关于这类临界天体如何去分类，目前还存在争议。比如作为无法成为恒星的褐矮星来说，虽然它已经很“失败”了，但有一类天体比它还“失败”，就是“次褐矮星”，它的质量甚至可以低至 1 倍木星质量。

“1 倍木星质量”…… 这不就是个行星吗？

其实这里面关键在于它的形成方式：如果它像木星那样诞生于恒星的原行星盘，那它就是行星；如果它像恒星一样是由气体云直接坍缩而成，那么它就是次褐矮星。但是对于游荡在星际间的这种次褐矮星，我们叫它“流浪行星”似乎也说得过去…… 是不是感觉挺乱的？没错，之前直接根据质量划分，现在还得看它的形成过程，关键是当初它具体是怎么形成的现在也很难说。所以关于是褐矮星还是行星，它们到底怎么区分，现在仍然存在争议。

说到这儿我又想起了可怜的冥王星。当年国际天文学联合会还专门开会探讨过是否把它踢出大行星队伍，最后冥王星被降级为矮行星，太阳系恢复八大行星。

这时候就有人会说：“你们也太自以为是了，怎么划分那是人类的事，天体该怎么样还是怎么样。”

没错，就像鸟类学和鸟的关系，小鸟能不能飞轮不到人类说三道四，归纳总结是我们自己的事。“完善分类”可不是天文学家的闲来无事之举，它不仅为今后的研究提供便利，同时也代表着我们在这方面有了更全面、更深刻的认识，这对日后的科学发展还是有着重要意义的。

本文来自微信公众号：Linvo 说宇宙 （ID：linvo001），作者：Linvo

广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。