土星——或者克洛诺斯——可能是神话中因孝顺食人而臭名昭著的那个人,但当谈到宇宙巨人吃掉自己的孩子时,事实证明类太阳恒星有很多责任。
根据一项新的研究,至少有四分之一像太阳这样的恒星在其生命的某个时刻吞没了自己的一颗行星。
这并不意味着我们要把他们关进星际监狱,因为他们对自己的亲属犯下罪行,但它确实表明许多行星系统是动态不稳定的,这使得太阳系与众不同——这一发现可能对我们的搜索产生影响对于类地世界。
“行星系统之间可能存在很大差异的观测证据表明,它们的动力学历史非常多样化,这可能是由于对初始条件非常敏感的结果。最混沌系统中的动力学过程可能会破坏行星轨道的稳定,迫使他们陷入主星,”一组研究人员写道在一篇新论文中出现自然天文学。
“行星吞噬事件的明确证据以及它们在类太阳恒星中发生的知识将揭示行星系统可能的演化路径,表明其中有多少行星系统经历了高度动态重新配置的复杂阶段。”
我们奇怪的太阳
不管你信不信,我们的太阳在银河系中是罕见的。我们银河系的大多数恒星(大约 75%)都是 M 型恒星,即红矮星:小而冷,寿命非常长。我们的太阳是一颗G型恒星,也就是所谓的黄矮星;银河系中只有 7% 的恒星是 G 型的。
此外,太阳是一个孤独的人。天文学家认为,大多数恒星诞生于具有一个或多个兄弟姐妹的恒星系统中。事实上,银河系的大多数恒星都至少有一个其他伴星,作为双星系统锁定在共同的轨道上。 (是的,太阳可能有一个失散多年的双胞胎在那里,某个地方。)
这是它的工作原理。当太空中分子气体云中的致密结在自身重力作用下塌陷并开始旋转时,恒星或原恒星就诞生了。原恒星周围的气体形成一个圆盘,注入正在生长的恒星。在此过程中,磁盘可能会产生碎片,分裂成第二颗原恒星。
一旦恒星形成完毕,圆盘中剩余的物质就会形成行星和行星带和彗星——构成行星系统的所有其他东西。根据这些东西在磁盘的什么地方形成,它们可以具有初始云中内容的不同比例。
而且,因为它们是由相同的材料团形成的,所以双星应该具有非常相似的化学成分,甚至质量。
但情况并非总是如此。因此,由意大利帕多瓦天文台和澳大利亚莫纳什大学洛伦佐·斯皮纳领导的天文学家团队决定仔细研究双星系统。他们鉴定了 107 对具有相似温度和表面重力的恒星,并研究了它们的化学性质。
有趣的是,他们发现大量双星的化学成分不匹配。
“虽然双星系统中的恒星预计具有相同的化学模式,但我们样本中的 33 对恒星成分的铁丰度在 2 西格玛水平上存在异常差异,”研究人员写道。这表明所有类太阳恒星都有 20-35% 的几率吃掉它们的行星。
他们发现,发现这种化学异常双星的可能性随着双星对温度的升高而增加。这不太可能是原恒星云内部不均匀性的结果;相反,根据模型,这更有可能是行星物质落到恒星上并污染对流区(物质通过热流在其中传输的层)的结果。
“当行星物质进入恒星并污染其对流区时,恒星大气成分的变化反映了在岩石物体中观察到的成分,即耐火材料[金属和硅酸盐]比挥发物更丰富,”研究人员写道。
“因此,吞噬行星物质的恒星的难熔物与挥发物的丰度比应该高于类似年龄和金属丰度的恒星中发现的典型比率。”
缩小系外行星搜索范围
这一发现对于研究其他行星系统具有非常重要的意义。超过 4,500 颗系外行星迄今为止已经得到证实,而且他们的系统架构似乎有相当多的多样性。这表明行星系统在形成早期对其初始条件非常敏感。
这项研究提供了额外的证据,表明相当大比例的围绕类太阳恒星运行的系统的生命开端非常动荡。也许它对于理解生命如何以及为何在地球上出现也有影响,因为这项研究中的所有恒星都是双星的。研究结果可能表明,双星系统对于生命可能所需的稳定条件来说有点过于混乱。
它可以帮助我们缩小寻找类地系外行星的范围。尽管类似太阳的恒星在银河系中相对罕见,但仍然有数百万颗恒星距离我们足够近,可供我们观察。研究它们大气中的难熔元素可能有助于缩小行星吞噬者的范围。
它甚至适用于太阳,与其他类太阳恒星相比,太阳的难熔元素似乎特别低。
“检测行星吞噬事件的化学特征的可能性意味着我们可以利用恒星的化学成分来推断其行星系统是否经历了极其动态的过去,这与我们的太阳系不同,太阳系将其行星保留在近乎圆形的轨道上非常有限的迁移”研究人员写道。
“因此,我们现在有一种潜在的‘上游’方法来识别那些不太可能拥有类地行星的类太阳恒星,这可能有助于作为行星搜索的标准。”
该论文已发表于自然天文学。