双星周围可能普遍存在外星生命

低质量双星可能是外星生命的最佳宿主,因为它们的组合能量将宜居区域扩展得比单星周围更远

围绕双星系统运行的行星必须应对不止一颗恒星的压力。但新的研究表明,在孕育宜居行星方面,紧密的双星系统可能与单星系统一样好。低质量的双星可能是最好的宿主,因为它们的组合能量将宜居区域扩展得比单星周围更远。

在对各种双星系统建模后,两位天文学家确定,质量为太阳 80% 的恒星,如果足够靠近,就可以允许出现适合孕育宜居行星的条件。

新墨西哥州立大学的本科生乔尼·克拉克在接受《天体生物学杂志》采访时表示:“潜在地,双星系统中可能比单星系统中存在更多生命。” 克拉克与德克萨斯大学埃尔帕索分校的天体物理学家保罗·梅森合作。


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突破界限
低质量恒星的数量是太阳的两到三倍。它们的庞大数量可能使它们更有可能孕育行星。但它们的较小尺寸也意味着在恒星生命的早期,它们有更多的紫外线辐射,并且在宜居区域有危险的太阳风,这对于维持生命存在的空间至关重要。行星必须非常靠近小型单星才能获得好处,而这个位置会带来许多挑战。这样的行星更容易被潮汐锁定,一面永久地朝向它的太阳,并承受任何恒星活动的冲击。[9 颗可能存在外星生命的系外行星]

但是,当两颗这样的恒星紧密配对时,它们的组合能量会扩大宜居区域并使其更大,从而最大限度地减少围绕低质量恒星运行的行星所面临的一些威胁。

克拉克说:“我们这里有更多空间供行星停留。”

然而,并非任何双星系统都有效。当低质量恒星彼此靠近,每十天或更短时间绕彼此运行一次时,宜居区域会获得最佳效果。来自两颗如此紧密结合的恒星的所有类型的辐射将更加稳定,并且围绕它们运行的行星将类似于围绕单星运行的行星。

但是,当恒星相距较远时,行星的轨道更容易不稳定,因为它首先感受到来自一颗恒星的引力,然后感受到来自另一颗恒星的引力。当恒星分布在一段距离上时,轨道行星的温度将发生显著变化。如果间隙足够大,行星将只围绕一颗恒星运行,并有可能偶尔进入另一颗恒星的危险区域。

加州理工学院的斯蒂芬·凯恩说:“在双星系统周围的许多区域,根本不可能拥有稳定的轨道。” 凯恩研究围绕双星运行的行星的宜居区域,他没有参与克拉克和梅森的研究。

生活条件
行星上的生活条件将因云层覆盖而异,云层既可以帮助行星隔热,又可以保护它免受紫外线辐射。这样的云层覆盖可以帮助保护行星免受它在首先靠近一颗恒星然后靠近另一颗恒星时所遇到的变化。

凯恩说:“行星表面的温度如何变化取决于大气层的特性及其吸收这种通量和温度变化的能力。”

克拉克和梅森模拟了许多紧密的双星系统,计算了在恒星生命周期中行星轨道上可能存在的温度和辐射。他们在一月份的美国天文学会会议上展示了他们的研究结果。在考虑了云层覆盖和来自恒星的通量后,他们确定最稳定的情况将来自双胞胎双星,即质量大致相同的恒星。在这些恒星中,一对质量为太阳 80% 的恒星将达到克拉克所称的“最佳点”,尽管一系列双星和其他特殊组合也将很好地发挥作用。

对于紧密的双胞胎恒星,“因为它们的质量相似且非常接近,所以它们很可能是在同一时间诞生的,”克拉克说。

这样的恒星将具有相似的寿命,在大致相同的时间范围内消亡,但宜居区域比单颗恒星远 40%。就低质量恒星而言,这样的周期可能会远远超过太阳的寿命,长达 200 亿年。

梅森说:“其他小组最近表明,靠近任何类型恒星的行星都会遭受水流失(如金星)和大气侵蚀,主要发生在恒星生命的早期。即使对于具有磁场保护的行星,也可能发生这些影响。” “紧密双星的优点在于它们的宜居区域位于更远的地方。”

塔图因系统
开普勒-47 提供了一个具有迷人特性的不同系统。著名的“塔图因”系统不是双胞胎,而是一颗质量与太阳相当的恒星,另一颗只有三分之一大小。一颗行星在宜居区域内运行,尽管它太大了,不能被认为是生命的良好候选者。最终,较大的恒星将遭受与我们太阳相同的命运,膨胀成一颗巨大的红巨星,并改变围绕这对恒星运行的行星的生存能力。较小的恒星将继续存在,这对于看到其宜居区域发生变化的行星来说是一种微不足道的安慰。不过,在质量较大的恒星的生命周期中,较小的恒星将提供额外的光和热,这可能对潜在的生命有好处。[2 颗“塔图因”行星如何绕双星运行(信息图)]

根据克拉克和梅森的说法,由于低质量恒星如此普遍,并且银河系中的大多数恒星都锁定在双星对中,因此找到紧密的低质量双星的可能性很高。尽管他们警告说他们还没有运行确切的数字,但梅森说这样的系统“一点也不罕见”,可能会使这种配对的数量与类太阳单星的数量一样多。

凯恩说:“我可以想象,一个质量为 0.8 个太阳质量、距离小于十分之一天文单位[地球到太阳的距离]的双星,在宜居区域内将有许多稳定的轨道可能性。”

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