天文學家最近的一項研究提供了關於行星形成邊界的新證據，揭示了比地球大的行星在金屬性低的恆星周圍很難形成，超過了一定的界限。以太陽為基準，天文學家可以透過確定恆星的金屬性或其中重元素的含量來測量恆星形成的時間。 富含金屬的恆星或星雲形成的時間相對較近，而金屬含量較少的天體很可能在宇宙早期就已經存在了。

先前的研究發現金屬性率與行星形成之間存在微弱的聯繫，指出隨著恆星金屬性的降低，某些行星群（如亞土星或亞海王星）的行星形成也會隨之降低。

這項研究的第一作者基爾斯汀-博利（Kiersten Boley）最近獲得了俄亥俄州立大學的天文學博士學位。

“當恆星經歷生命週期時，它們會豐富周圍的空間，直到你擁有足夠的金屬或鐵來形成行星，」博利說。 “但即使是金屬性較低的恆星，人們也普遍認為它能形成的行星數量永遠不會為零。”

其他研究認為，銀河系中行星的形成應該從恆星的金屬性介於負2.5到負0.5之間時開始，但直到現在，這個理論仍未得到證實。

為了驗證這項預測，研究小組開發並搜尋了一份由NASA的凌日系外行星巡天衛星（TESS）任務觀測到的10000顆金屬性最弱的恆星組成的星表。 如果推論正確的話，根據已知的趨勢，在一個由85,000顆貧金屬恆星組成的區域周圍尋找小型、短週期行星，就可以發現大約68顆超級地球。

博利說，令人驚訝的是，研究人員在這項工作中沒有發現任何現象。她說：「我們基本上發現了一個懸崖，而預期看到的是一個緩慢或漸變的斜坡，一直延伸下去。預期的發生率與此完全不符」。

這項研究發表在《天文雜誌》。

研究結果及其影響

「這個懸崖為科學家提供了一個時間框架，在這個時間框架內，由於金屬性太低而無法形成行星，這個懸崖一直延伸到宇宙年齡的一半左右，這意味著超級地球並不是在宇宙歷史的早期形成的。 “博利說：”70億年前可能是我們開始看到超地球形成的甜蜜點。

此外，由於在那個時代之前形成的恆星大多金屬度較低，需要等到銀河係被一代又一代垂死的恆星所充實，才能為行星的形成創造合適的條件，因此這些結果成功地提出了銀河系中小行星數量和分佈的上限。

博利說：”在與我們的樣本類似的恆星類型中，我們現在知道，一旦過了負0.5金屬性區域，就不要指望會有大量行星形成了。這有點令人震驚，因為我們現在確實有數據表明了這一點。

對搜尋地外生命的影響

同樣引人注目的是這項研究對搜尋地外生命的人們的影響，因為更精確地掌握行星形成的錯綜複雜的過程，可以讓科學家們詳細了解宇宙中哪些地方可能孕育著生命。

博利說：”我們不會想在那些不利於生命的區域或甚至認為不會找到行星的區域進行搜索。如果知道這些事情，就可以提出大量的問題。”

這些問題可能包括確定這些系外行星是否含有水、其核心的大小以及它們是否形成了強磁場，所有這些都是有利於產生生命的條件。

為了將他們的工作應用到其他類型的行星形成過程中，研究小組可能需要對不同類型的超地球進行比現在更長的研究。 幸運的是，未來的觀測可以藉助即將開展的項目，如美國國家航空暨太空總署的南希-格雷斯羅曼太空望遠鏡和歐洲太空總署的PLATO任務。這些儀器對於弄清楚有多少行星以及盡可能多地進行後續觀測至關重要。

編譯自/ SciTechDaily