当年轻的恒星从氢分子云中合并出来时,它们周围会被一个称为原行星盘的剩余物质盘包围。 这个圆盘是行星形成的地方,天文学家越来越善于观察那些隐藏的环境并观察胚胎世界的形成。 但年轻的恒星并不是唯一拥有围绕其旋转的原材料盘的恒星。
一些古老的、垂死的恒星也有圆盘。 在这种条件下可以形成第二代行星吗?
行星在恒星形成后形成,但不久之后。 在我们的太阳系中,太阳大约在 46 亿年前形成,地球大约在 45 亿年前形成。 地球的命运与太阳的命运交织在一起。
当太阳膨胀为红巨星时,它会将一层层的物质喷射到太空中,最终膨胀到足以摧毁地球和其他内行星。外行星将会幸存下来,但它们很可能会在余生中围绕一颗白矮星(太阳的残余物)运行。
在这种情况下,白矮星周围不会形成新的行星。
但我们的太阳相对罕见。 许多恒星以双星形式存在。 双星的年龄相同,但质量不同。 由于恒星的初始质量决定了它的未来,因此双星对中的恒星具有不同的寿命。
如果其中一颗恒星的质量与太阳相似,它就会变成红巨星,并在死亡时将物质喷射到太空中。 如果恒星有双星伴侣,所有这些物质会发生什么?
这就是一项新研究的切入点。 它的标题是“演化恒星周围的过渡盘群:行星的指纹。” 第一作者是鲁汶大学天文学家 Jacques Kluska。该杂志天文学与天体物理学发表了论文。
第二颗恒星的引力可以导致垂死恒星喷射出的物质形成一个新的旋转盘,与恒星年轻时周围的原行星盘非常相似。
天文学家已经知道这可能会发生。 新的证据表明第二代行星可以在圆盘中形成。 根据这项新研究,在这种情况下,大约 10% 的双星正在形成新世界。
“在我们研究的带有圆盘的演化双星的百分之十中,我们看到圆盘中有一个大空腔,”说第一作者克鲁斯卡在新闻稿中。 “这表明有东西漂浮在那里,收集了空腔区域的所有物质。”
这些圆盘中可能只能形成一种东西:行星。 对垂死恒星的观测增强了该物体是行星的可能性。
“在盘中具有大空腔的演化双星中,我们发现垂死恒星表面上铁等重元素非常稀少,”说克鲁斯卡。 “这一观察结果使人们怀疑富含这些元素的尘埃颗粒被行星捕获了。”
天文学家还不确定这些是否是行星,但证据很有趣。 如果事实证明第二代世界正在以这种方式形成,那将是一个重大发现。 这意味着我们的行星形成理论,称为星云假说,是正确的,但还不够深入。
“对这种非凡的行星形成方式的证实或反驳将是对当前理论的前所未有的考验,”根据Hans Van Winckel 教授,鲁汶大学天文学研究所所长。
(N·斯特基)
多于:双星系统的图示,其中第二代行星正在形成。
这些盘只能在某些情况下和某些类型的恒星中形成。 它需要渐近后巨星(后AGB)恒星。 后AGB恒星是凉爽、明亮的恒星,处于像太阳这样的恒星所经历的恒星演化阶段。 AGB 后恒星的质量范围约为 0.8 至 5 个太阳质量。
AGB后的恒星已经耗尽了氢的供应。 恒星的核心主要是惰性碳和氧,但其外层会膨胀并冷却。 恒星变成红巨星。 然后恒星核心温度的变化引发了氦聚变。
聚变延迟了恒星的冷却和膨胀一段时间,但最终,氦气也耗尽了。 然后继续冷却和膨胀。
明星还没完呢 它经历了一些热脉冲并融合了更多的氢,并经历了一些氦闪。
但这颗恒星因坠入太空而损失了很多质量。 如果它有一个二元伙伴,那么该材料就不会走得太远。 双星对将有一个重心,喷射的物质将在中心周围形成一个环绕双星的圆盘。
这种情况并不总是发生。 双星演化的一个常见且戏剧性的螺旋阶段会导致伙伴恒星从垂死的恒星中吸积物质。 但由于天文学家尚不明白的某种原因,环双星盘可能会形成。 这就是本研究中 10% 的二进制文件中发生的情况。
这些 AGB 后的磁盘不会持续很长时间,只能维持 10,000 到 100,000 年。 这足够长的时间来形成巨行星吗?
天文学家过去并不这么认为。 还有一点最近的研究表明行星只需 10 万年即可形成。 2018 年的一项研究检查了圆盘中的间隙,并表示“如果行星确实在形成这些间隙,那么土星质量的行星一定是在原行星盘寿命的前 0.5 密尔内形成的。”
但这项研究的作者表示,即使圆盘中的空腔来自一颗行星,该行星也不一定是第二代行星。
“然而,似乎更合理的是,如果过渡盘是由行星产生的,那么它将是在双星相互作用阶段幸存下来的第一代行星,”他们写。 “事实上,尽管检测到的数量相对较少,但环绕双星的行星似乎与围绕单恒星的行星一样常见。”
这个结论也符合系统中垂死恒星的一些观察到的特性。 主要作者雅克·克鲁斯卡 (Jacques Kluska)指出,“我们看到,在这颗垂死恒星的表面上,铁等重元素非常稀少。”
铁怎么了? 幸存的第一代行星可能会吸积它,但前提是它是一颗巨行星。 “如果这样的行星从一开始就存在于盘中,它将有效地耗尽内盘的耐火材料,并产生在恒星表面观察到的耗尽模式,”作者写在他们的论文中。
天文学家已经知道双星系统可能已经形成了次生行星。 它被称为蛇的NN,许多研究人员在那里发现了行星。
克鲁斯卡和他的合著者说:“这些行星是在第二代圆盘中形成的候选行星。”写。 “如果行星场景得到证实,这些圆盘将成为研究第二代行星形成的有希望的场所,从而在前所未有的参数空间中研究行星形成场景。”
作者打算研究十个显示空腔的圆盘。 他们计划使用欧洲南方天文台位于智利的大型望远镜对它们进行更仔细的研究。