别慌,但很多恒星似乎都在吞噬自己的行星

至少十二分之一的双星显示出吞噬行星的迹象

Artist Impression of a star devouring one of its planets. A planet skimming along a star’s surface

一颗行星即将被恒星吞噬和摧毁的艺术家印象图。

国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. Zamani (CC BY 4.0)

我们的太阳系是平凡还是古怪?这是天文学中最伟大的问题之一,科学家们正在逐渐掌握它,因为他们正在研究围绕其他恒星发现的 5,500 多颗系外行星(并且还在增加)。然而,要得到答案,却被一个相当戏剧性的问题所困扰:某些恒星会吞噬自己的行星,这使得了解行星系统的“正常”标准变得有点麻烦。

现在,如果一项新的研究今天发表在《自然》杂志上的研究值得相信,那么行星吞噬可能不是一个小故障,而更像是宇宙中的既定事实。一个国际科学家团队研究了数十对紧密间隔的同源恒星——那些在同一时间从相同的尘埃和气体混合物中诞生的恒星。两者都应该从本质上相同的成分开始。但科学家们发现情况并非总是如此:在这些双星对中,有 8% 的恒星中,有一颗明显地喷射出通常在行星上才能找到的元素的羽状物。

“我们看到的信号非常强烈,”澳大利亚国立大学的天体物理学家袁森·丁(Yuan-Sen Ting)说,他是该研究的作者之一。该团队发现的 8% 可能只是下限;可能也存在较弱的、更难确认的行星吞噬信号。


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天文学家之前曾研究过同源双星,以发现以行星为食的贪婪恒星——但从未如此有力。加州大学河滨分校的天体物理学家斯蒂芬·凯恩(Stephen Kane)说,这项研究“将如此多的事物联系在一起。这真的很酷”,他没有参与这项研究。

作者怀疑,这些恒星消化不良的信号代表着行星餐是在恒星的成年期被消耗掉的,远远晚于它们混乱的青年时期,那时不稳定的轨道路径应该经常将行星送入恒星的口中,遭受火热的毁灭。这表明,引力扰动——可能来自流浪的过路恒星或迁移的气态巨行星——可以经常将岩石世界发射到其恒星的口中,即使在成熟的行星系统中也是如此。

这一见解也为更有效地寻找系外行星提供了一种方法。“未来,我们可以利用恒星中的化学丰度来选择行星探测的最高优先级目标,”意大利帕多瓦天文台的天体物理学家洛伦佐·斯皮纳(Lorenzo Spina)说。“我预计,没有显示出行星吞噬迹象的恒星,可能更有可能拥有类似于我们太阳系的行星系统。”

在理解行星的生与死的总体探索中,找到晚期恒星湮灭的这种确凿证据(或恒星打嗝的证据),即使不是尾声,也是对一个长期主题的详细阐述。多年来,天文学家一直在研究潜在的望远镜“泄密”——显示出奇怪的耀斑奇怪的自转奇特化学成分的恒星——暗示着最近吞噬行星的行为。富含难熔元素——铁甚至更难汽化的金属——的恒星被认为尤其可疑,因为这种耐用物质通常会进入行星。

但是,单独来看,一颗恒星是狼吞虎咽地吃掉了一顿行星自助餐,还是仅仅是从不寻常的星际云中形成的,这已被证明很难区分。同时从相同的漂浮物中诞生的双星是研究这一点的理想选择。“就像许多社会学研究一样,双胞胎非常棒,因为你消除了所有其他混杂因素,”丁说。如果其中一个双胞胎与其原恒星云具有惊人的元素相似性,但它的兄弟姐妹却拥有大量的硅和铁,那么后者很可能吞噬了一颗行星。

为了获得尽可能大的样本量,该团队使用了欧洲航天局的盖亚太空望远镜,它特别擅长追踪数十亿颗在银河系中旋转的恒星的航迹。事实上,盖亚非常出色,以至于其数据可用于追溯恒星的天体轨迹,并揭示与可能已经漂移数光年之遥的其他恒星的密切联系。由此,研究人员确定了 91 对同源恒星,其中许多与我们的太阳非常相似。

然后,该团队使用来自多个大型地面望远镜的光谱记录了这些恒星的成分,并鉴定了通常与行星相关的 21 种元素,包括碳、氧、硅、铁、镍和锌。“我们可以分辨出这些不同元素的所有细微差异,”澳大利亚莫纳什大学的天文学家、研究合著者刘帆说。在 8% 的双星对中,研究人员发现了恒星吞噬世界的可怕的难熔指纹。

仍然存在许多未解答的问题,例如哪些类型的行星容易被吞噬,以及如何确定任何给定的恒星是否完全避免吞噬其后代。即便如此,“这项工作非常引人注目,”威斯康星大学麦迪逊分校的天体物理学家梅琳达·苏亚雷斯-富塔多(Melinda Soares-Furtado)说。“我对我们开始发现的东西感到兴奋。”

但是,是否有可能 8%(或更多!)的所有恒星都可能是行星吞噬者?加州大学圣克鲁斯分校的天体物理学家里卡多·亚扎(Ricardo Yarza)说,间接证据初步表明情况确实如此。但“估计这个比率非常具有挑战性。”即使是 91 对双星的样本,与银河系数千亿颗恒星——更不用说其他星系中无数的太阳——相比,也微不足道。

暂时回到我们自己宇宙中不起眼的角落,这项研究可能揭示我们中年太阳的什么秘密?我们的恒星没有已知的同源双星,但对银河系其他地方可比恒星的多项研究表明,太阳的难熔元素含量并不特别丰富。如果有的话,它似乎被耗尽了,这使其以另一种方式变得异常。“你越观察我们的太阳系,它就变得越古怪,”凯恩说。

斯皮纳说:“我们发现,系外行星系统存在巨大的多样性。” 在这种奇异的动物园的背景下,我们自己的“似乎有点无聊。它并不混乱。我们所有的行星都井然有序。” 但鉴于这项新研究,也许这种平凡值得庆祝。地球之所以存在,仅仅是因为与许多其他类似的恒星不同,我们的太阳没有养成吞噬行星的癖好。

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