距我们太阳系最近的恒星就在四光年多一点的地方。有红矮星比邻星,距离 4.2 光年;再远一点,在 4.37 光年处,有一个由类太阳恒星组成的双星系统——半人马座阿尔法星 AB。
我们还不知道是否有任何类地世界围绕双星轨道运行。用我们目前的技术来探测这样的系外行星有点太棘手了。但如果真的存在的话,得益于瑞士苏黎世联邦理工学院行星科学家王海洋领导的一项研究,我们现在可以更好地了解它可能是什么样子。
国际团队研究了瑞吉尔肯塔鲁斯和托利曼这两颗恒星的化学成分,并用它来推断双星系统宜居带中假设的岩石世界的化学成分。
“我们对半人马座阿尔法星 AB 宜居带中一颗地球大小的行星模型的行星整体成分、内部结构和(早期)大气层进行了分析,”研究人员在论文中写道。
“详细的分析为我们对太阳附近宜居带中地球大小的行星的预期提供了一种新的调查方法。”
岩石系外行星的这些特征对于了解它们的长期演化和潜在的宜居性至关重要。我们知道,根据对太阳系和其他行星系统中岩石物体的观测,矿物成分岩石世界的特征反映在其主恒星的特征上。
由于半人马座阿尔法星 AB 距离如此之近,我们从光谱中获得了有关其化学成分的大量信息。当恒星中的不同元素吸收并重新发射光时,它们可以在到达我们望远镜的光谱上产生暗(吸收)和亮(发射)特征。这些特征可用于确定化学成分。
我们从光谱分析中得知,Rigil Kentaurus 和 Toliman 中存在镁、硅和铁等造岩元素,以及碳和氧等快速蒸发的挥发物。
我们的光谱分析甚至揭示了每种元素的大致含量,这对于推断宜居带中假设的岩石世界非常有用——距恒星的“温带”距离,既不太热也不太冷,液态水不会出现在表面。
研究人员将他们的假想世界称为“α-Cen-地球”,并确定它可能具有与地球非常相似的矿物成分和结构。其中包括岩石地幔,其储水能力与地球相似,主要由硅酸盐矿物组成,但也含有一定比例的含碳矿物,如金刚石和石墨。
这颗系外行星可能还拥有比地球稍大的铁核,地质活动较少,也许没有板块构造,这可能使它更类似于。这可能会影响其潜力宜居性。
到目前为止,一切都很好。但根据恒星成分来推断系外行星的大气层变得有点困难,因为对于空气挥发物来说,两者之间的关系不太牢固。
然而,王在过去的几年里开发和完善了一个定量模型,将类太阳恒星的成分与其系外行星的成分联系起来,对于难熔的恒星和挥发性元素。
这使得团队能够为 α-Cen-Earth 构建一个大气层;有趣的是,在这颗系外行星的早期,它的大气层与早期地球非常相似,在生命出现的太古代。根据研究小组的计算,这种历史性的大气主要由甲烷、二氧化碳和水组成。
如果这样的世界确实存在,它可能会为地球的未来提供线索。半人马座阿尔法星 AB 比太阳年长约 1.5 至 20 亿年,这意味着 Rigil Kentaurus 和 Toliman 托管的任何系外行星也同样更老。我们处于有利位置,很快就会发现这样的假设世界。
我们的系外行星探测方法和技术变得越来越灵敏——很快,天文学家将能够探测到许多较小的系外行星,这些行星距离恒星(如地球)更远,但迄今为止我们还没有发现它们。
从我们的角度来看,瑞吉尔·肯塔鲁斯和托利曼从今年开始在它们的轨道上彼此的距离将会越来越远。这种分离将持续到 2035 年左右,这意味着来自恒星的光不太可能干扰系外行星的观测。
科学家们已经做出了初步检测一颗相对较小的系外行星,其大小为地球的 3.3 至 7 倍,绕 Rigil Kentaurus 运行。我们期待着看看一些离地球最近的恒星周围可能还存在着什么。
该研究发表于天体物理学杂志。