雙星屈服於致命吸引力

一項新模型表明,短週期雙星之所以罕見,是因為它們傾向於合併成一顆星

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作者:《自然》雜誌的肯·克羅斯韋爾

許多單星可能最初是作為兩顆獨立的太陽誕生的,在它們生命的最初一百萬年中合併成一顆。這是一個年輕星團中雙星計算機模擬的意外發現。

雙星很常見。例如,夜空中最亮的恆星天狼星由兩顆恆星組成,它們每50年繞彼此執行一次。


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對恆星形成區域的研究表明,雙星開始時軌道週期分佈均勻:在軌道週期分別為1-10年、10-100年、100-1000年等等的,年齡小於幾百萬年的雙星的數量大致相同。

較老的雙星顯示出不同的模式。在恆星形成區域之外,雙星最常見的軌道週期約為200年,而更短和更長的週期都比較罕見。

軌道週期較長的雙星稀少很容易解釋:要擁有較長的軌道週期,恆星必須彼此相距很遠。對於兩顆總質量加起來等於太陽質量的恆星,200年的軌道週期會使它們彼此之間的距離與太陽距離海王星或冥王星的距離差不多。距離更遠的恆星彼此感受到的引力很小,因此經過的恆星的引力牽引會擾亂系統並將其分解。

向內螺旋
但是,短週期雙星都去哪兒了?在《天文學與天體物理學》雜誌上的一篇論文中,德國的三位天文學家報告了他們如何模擬一個類似於獵戶座星雲(最著名的恆星孕育地)中的星團。他們的模型假設,當一個雙星系統中的兩顆恆星彼此靠近地旋轉時,它們會與星團中的氣體相互作用。這些相互作用會改變恆星的軌道,導致它們彼此螺旋靠近,直到它們合併併成為一顆恆星。

德國波恩的馬克斯·普朗克射電天文研究所的天文學家,也是該論文的合著者托馬斯·卡茲馬雷克說:“這太令人驚訝了。我們只是從這個星團中獲取了我們需要的引數,結果發現我們幾乎完美地得到了在場中觀察到的週期分佈。”

加州大學伯克利分校研究恆星形成的天文學家史蒂文·斯塔勒認可這項工作。“這是合理的,”他說,但補充說證明這個想法正確將是困難的。導致近距離雙星合併的相同氣體和塵埃也阻止了它們可見光到達地球。天文學家必須使用紅外輻射進行觀測,紅外輻射可以穿透塵埃,但通常需要天基天文臺才能探測到。

在一個獨特的案例中,天文學家實際上觀察到天蠍座中的兩顆恆星螺旋靠近。合併引發了一次明亮的光芒爆發,稱為紅新星,而年輕星團內部的類似爆發可能表明,年輕的雙星確實會合併。然而,天蠍座的雙星不屬於星團,斯塔勒認為,充滿氣體的星團內部的合併可能過於溫和,無法釋放新星。

太陽是否可能最初是作為兩顆獨立的恆星誕生,後來合併的? “這有可能發生,但我認為這有點牽強,”馬克斯·普朗克射電天文研究所的天文學家,也是最新論文的合著者蘇珊娜·普法茨納說。她懷疑合併會擾亂新生太陽的行星形成盤,從而阻止包括地球在內的岩石世界的誕生。

本文經 《自然》雜誌許可轉載。該文章於2012年9月25日首次發表

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