双星系统可能隐藏着第三颗伴星

科学家推测,高能“踢力”可能会将一颗恒星踢出轨道,并使剩余的两颗星靠得更近

分离距离是太阳系五百倍大小的双星,可能伪装成三星系统。新的研究表明,许多已知的宽双星(双星系统)可能曾经包含三颗恒星,并且许多可能仍然隐藏着第三颗星。

双星因引力而束缚在一起,在宇宙中占很大比例。虽然大多数双星靠得很近,但有些双星的轨道分离距离可能比地球和太阳之间的距离(称为天文单位)大数千倍。但是,两颗恒星之间如此宽的距离意味着它们不可能在同一片尘埃和气体云中形成,这让天文学家困惑于它们是如何形成的。

“长期以来,这些非常宽的双星一直是个谜,”夏威夷大学马诺阿分校的博·雷普斯(Bo Reipurth)告诉SPACE.com。


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当双星变成三星时

科学家估计,宇宙中多达 10% 的恒星是宽双星的一部分。对其中许多双星的仔细检查有时会发现,中心天体不是一颗,而是两颗紧密围绕运行的恒星,这让人不禁想知道这样的三星系统有多常见。

雷普斯与芬兰图尔库大学的塞波·米科拉(Seppo Mikkola)合作,提出分子气体和尘埃云中的三颗恒星在形成后不久就被引力束缚在一起。这个星群开始时靠得很近,但三者之间的相互作用最终导致其中一颗恒星被抛出星群。足够强大的推动力可以将恒星完全从系统中移除,而较弱的推动力则会导致遥远的轨道。有时,该系统可能会持续数万个世纪,然后失去遥远的恒星;有时,它可能会稳定下来,持续数十亿年。

将第三颗恒星推出去的能量踢力也会将剩余的两颗恒星推到一起,形成一个紧密的双星系统。如果喷射发生在恒星仍然嵌入云层中时,剩余的两颗恒星甚至可以合并成一颗恒星,从而使最终的系统成为一个真正的双星。

雷普斯将云层描述为“有点像在泥泞中行走”。

他说:“你会感到阻力。”

阻力会导致这对恒星螺旋式地靠近,并最终合并。

根据雷普斯的说法,这将描述许多在中心只发现一颗恒星的系统。

他说:“只有当你处于稠密的云核内部时,才会发生这种演化。在双星吹走其气体和尘埃后,它不会发生。”

如果一颗行星围绕着这些紧密的双星运行,它将经历令人印象深刻的双日出,但第三颗恒星将非常遥远,需要用望远镜才能看到。同样,围绕遥远恒星运行的行星上的人们会看到一次日落,永远不会意识到他们的系统中还有一两颗恒星。[信息图:开普勒-47 的“塔图因”行星如何围绕双星运行]

这项研究于今天(12月5日)在《自然》杂志上在线发表。

三是一个群体

宽双星,其中两颗恒星在引力作用下束缚在一起,但彼此之间在遥远的距离上运行,长期以来一直困扰着天文学家。这些恒星之间巨大的空间意味着它们不可能在同一云核内如此远的距离形成。

科学家们推测,宽双星系统可能是在一个星团中的一颗恒星捕获另一颗恒星时形成的,这种情况需要它们同时朝同一方向漂移。这种情况允许恒星在同一个系统中彼此靠近地形成,这是一种更有可能发生的情况。

雷普斯解释说,第三颗恒星是喷射的关键。

他说:“一个自然事实是,如果你只有两个天体,那么它们会以完全确定的方式移动——可以准确地说出它们稍后在轨道上的位置。一旦你放入第三个天体,系统就会变得完全混乱。”

如果两个天体不受干扰,它们只会相互环绕。但是,第三个天体会产生“踢力”,最终导致其中一颗恒星被喷射到遥远的轨道。

在几个月的时间里,雷普斯和米科拉运行了超过 180,000 次三星系统的模拟,这些系统会演变成宽双星。他们发现,超过 10% 的三星系统最终恒星之间的距离达到数千或数万个天文单位,这个数字与观测结果一致。

米科拉在一封电子邮件中写道:“我们惊讶地发现结果与观测结果非常吻合。得到‘正确’答案不需要对模型进行任何调整。”

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