二元行星是指兩個質(zhì)量相當(dāng)?shù)男行菄@著它們的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，就像一個雙星系統(tǒng)一樣，只是它們的質(zhì)量都比恒星小得多。這樣的系統(tǒng)在太陽系中是不存在的，但是在外星系中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些例子，比如Kepler-16b和Kepler-453b。這些行星都是圍繞著雙星系統(tǒng)公轉(zhuǎn)的，也就是說，它們是三體系統(tǒng)的一部分。那么，是否存在只有兩個行星組成的二元行星系統(tǒng)呢？如果存在，它們是怎么形成的呢？

二元行星的形成機(jī)制

要回答這個問題，我們需要先了解行星是怎么形成的。目前，最普遍的行星形成理論是核吸積理論，它認(rèn)為行星是在一個圍繞年輕恒星的原行星盤中逐漸長大的。原行星盤主要由氫、氦和一些微小的冰和塵埃粒子組成，這些粒子會通過靜電力和重力相互吸引，形成越來越大的固體物體，稱為行星胚胎。行星胚胎會繼續(xù)吞噬周圍的物質(zhì)，直到達(dá)到一定的質(zhì)量，然后它們會開始吸收氣體，形成氣態(tài)巨行星，或者保持巖石行星的狀態(tài)。

但是，這個理論并不能解釋所有的行星形成情況，特別是一些質(zhì)量很大、軌道很偏心的行星，比如HD 106906 b。這些行星可能是通過另一種機(jī)制形成的，稱為引力不穩(wěn)定理論。這個理論認(rèn)為，在一些原行星盤中，由于溫度、密度或者旋轉(zhuǎn)速度的不均勻，會產(chǎn)生一些局部的密度波動，這些波動會被自身的重力放大，最終導(dǎo)致原行星盤的碎裂，形成一些質(zhì)量很大的氣團(tuán)，這些氣團(tuán)就是行星的原型。這種形成方式比核吸積理論更快，更適合解釋一些距離恒星很遠(yuǎn)的巨行星。

那么，二元行星是通過哪種機(jī)制形成的呢？最新的研究論文提出了一個可能的答案：二元行星是通過引力不穩(wěn)定理論形成的，但是在形成過程中，由于潮汐耗散的作用，導(dǎo)致了兩個行星的軌道收縮，形成了一個緊密的二元系統(tǒng)。潮汐耗散是指當(dāng)一個物體受到另一個物體的引力的影響時，它的形狀會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生一些內(nèi)部的摩擦和熱量，這些摩擦和熱量會使得物體的能量減少，從而使得它的軌道發(fā)生變化。在地球上，我們可以看到潮汐耗散的一個例子就是月球，它的軌道正在緩慢地遠(yuǎn)離地球，同時它的自轉(zhuǎn)速度也在減慢，最終會與地球的公轉(zhuǎn)速度同步，也就是說，月球的一面永遠(yuǎn)朝向地球。

在二元行星的形成過程中，潮汐耗散的作用是這樣的：當(dāng)兩個行星在原行星盤中相互靠近時，它們會受到對方的強(qiáng)烈的引力，從而產(chǎn)生潮汐變形，這些變形會導(dǎo)致它們的能量損失，從而使得它們的軌道收縮，形成一個緊密的二元系統(tǒng)。這個過程需要滿足一些條件，比如兩個行星的質(zhì)量要相當(dāng)，它們的初始軌道要足夠接近，它們的潮汐耗散率要足夠高，等等。如果這些條件不滿足，那么兩個行星可能會相互碰撞，或者被其他的行星或恒星擾動，從而破壞二元系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

二元行星的特征

為了驗證這個理論，論文的作者進(jìn)行了一系列的數(shù)值模擬，模擬了不同的初始條件下，二元行星的形成概率和特征。他們發(fā)現(xiàn)，這種形成機(jī)制是相當(dāng)有效的，平均而言，每個模擬系統(tǒng)中有14.3%的概率形成二元行星。他們還發(fā)現(xiàn)，二元行星的一些物理參數(shù)，比如半長軸、偏心率、質(zhì)量比和形成時間，都有一定的分布規(guī)律，這些規(guī)律可以為未來的觀測提供一些參考。例如，他們發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量比一般在0.5到1之間，形成時間一般在10萬到100萬年之間。

這些特征可以幫助我們區(qū)分二元行星和其他類型的行星，比如行星衛(wèi)星。行星衛(wèi)星是指圍繞著一個行星的衛(wèi)星，這些系統(tǒng)的特點是，它們的質(zhì)量比一般很小，比如0.01到0.1。因此，如果我們觀測到一個質(zhì)量比很大，半長軸很小的行星系統(tǒng)，那么它很可能是一個二元行星系統(tǒng)。