揭示巨型雙星意外差異的起源 _雙星

這位藝術(shù)家的印象描繪了一對雙星。盡管誕生于同一分子云中，但天文學(xué)家經(jīng)常發(fā)現(xiàn)雙星的化學(xué)成分和行星系統(tǒng)存在差異。該系統(tǒng)中的一顆恒星擁有三顆小型巖石行星，而另一顆恒星則擁有兩顆氣態(tài)巨星。一組天文學(xué)家利用Gemini South的GHOST首次證實(shí)，這些差異可以追溯到恒星誕生的原始分子云中的不均勻性。來源：NOIRLab/NSF/AURA/J.da Silva（太空發(fā)動機(jī)）/M.Zamani
據(jù)大學(xué)天文學(xué)研究協(xié)會：一組天文學(xué)家使用雙子座南望遠(yuǎn)鏡首次證實(shí)，雙星成分的差異可能源于它們形成的恒星物質(zhì)云的化學(xué)變化。這些結(jié)果有助于解釋為什么從同一分子云中誕生的恒星可以具有不同的化學(xué)成分，擁有不同的行星系統(tǒng)，并對當(dāng)前的恒星和行星形成模型提出挑戰(zhàn) 。
據(jù)估計，高達(dá)85%的恒星存在于雙星系統(tǒng)中，有些甚至存在于有三顆或更多恒星的系統(tǒng)中。這些恒星對是從同一分子云中誕生的，這些分子云由共同豐富的化學(xué)組成部分組成，因此天文學(xué)家希望發(fā)現(xiàn)它們的成分和行星系統(tǒng)幾乎相同。
然而，對于許多二進(jìn)制文件來說，情況并非如此。雖然一些提出的解釋將這些差異歸因于恒星進(jìn)化后發(fā)生的事件，但一組天文學(xué)家首次證實(shí)，它們實(shí)際上可能起源于恒星開始形成之前。
在阿根廷天文、地球和空間科學(xué)研究所（ICATE-CONICET）的Carlos Saffe的領(lǐng)導(dǎo)下，該團(tuán)隊使用了位于智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡是國際雙子座天文臺的一半。
利用新的、精確的雙子座高分辨率光學(xué)光譜儀（GHOST），該團(tuán)隊研究了一對巨星發(fā)出的不同波長的光或光譜，揭示了它們的化學(xué)組成存在顯著差異。
Saffe說：“GHOST極其高質(zhì)量的光譜提供了前所未有的分辨率，使我們能夠以盡可能高的精度測量恒星的恒星參數(shù)和化學(xué)豐度。”這些測量表明，一顆恒星的重元素豐度高于另一顆。為了弄清這種差異的根源，研究小組采用了一種獨(dú)特的方法。
先前的研究已經(jīng)對觀測到的雙星之間的化學(xué)差異提出了三種可能的解釋。其中兩個涉及恒星進(jìn)化過程：原子擴(kuò)散，或根據(jù)每顆恒星的溫度和表面重力將化學(xué)元素沉淀到梯度層，以及吞噬一顆小型巖石行星，這將在恒星的組成中引入化學(xué)變化。
第三種可能的解釋回顧了恒星形成之初，表明這些差異源于分子云中原始或預(yù)先存在的不均勻區(qū)域。簡單地說，如果分子云的化學(xué)元素分布不均勻，那么在該分子云中誕生的恒星將具有不同的成分，這取決于在每個分子云形成的位置可以獲得哪些元素。
到目前為止，研究已經(jīng)得出結(jié)論，這三種解釋都是可能的；然而，這些研究僅集中在主序列雙星上。“主序星”是恒星大部分時間存在的階段，宇宙中的大多數(shù)恒星都是主序星，包括我們的太陽。
相反，薩菲和他的團(tuán)隊觀察到了一個由兩顆巨星組成的雙星系統(tǒng) 。這些恒星擁有極深且強(qiáng)烈的湍流外層或?qū)α鲄^(qū) 。由于這些強(qiáng)對流區(qū)的性質(zhì)，研究小組能夠排除三種可能解釋中的兩種。
對流區(qū)內(nèi)流體的連續(xù)旋轉(zhuǎn)將使物質(zhì)難以分層沉積，這意味著巨星對原子擴(kuò)散的影響不太敏感——排除了第一種解釋。厚厚的外層也意味著行星吞噬不會改變恒星的成分，因為攝入的物質(zhì)會迅速稀釋——排除了第二種解釋。
這在分子云中留下了原始的不均勻性作為已證實(shí)的解釋。薩菲說：“這是天文學(xué)家首次能夠證實(shí)雙星之間的差異始于其形成的最早階段。” 。
美國國家科學(xué)基金會國際雙子座天文臺項目主任Martin Still表示：“利用GHOST儀器提供的精確測量能力，南雙子座現(xiàn)在正在收集恒星生命末期的觀測結(jié)果，以揭示它們出生的環(huán)境。” 。“這使我們能夠探索恒星形成的條件如何影響它們在數(shù)百萬年或數(shù)十億年內(nèi)的整個存在。”
這項研究的三個結(jié)果具有特別重要的意義。首先，這些結(jié)果為天文學(xué)家為什么看到具有如此不同行星系統(tǒng)的雙星提供了解釋。薩菲說：“不同的行星系統(tǒng)可能意味著非常不同的行星——巖石行星、類地行星、冰巨星、氣體巨星——它們以不同的距離圍繞宿主恒星運(yùn)行，支持生命的潛力可能非常不同。” 。
其次，這些結(jié)果對化學(xué)標(biāo)記的概念提出了至關(guān)重要的挑戰(zhàn)——利用化學(xué)成分來識別來自同一環(huán)境或恒星托兒所的恒星——表明具有不同化學(xué)成分的恒星仍然可以有相同的起源。
最后，需要對之前歸因于行星撞擊恒星表面的觀測到的差異進(jìn)行審查，因為它們現(xiàn)在可能被視為從恒星生命的一開始就存在。
薩菲說：“通過首次表明原始差異確實(shí)存在，并對雙星之間的差異負(fù)責(zé)，我們表明恒星和行星的形成可能比最初想象的更復(fù)雜。” 。“宇宙熱愛多樣性。”
這項研究發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》雜志上。