揭示巨型双星意外差异的起源

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这位艺术家的印象描绘了一对双星。尽管诞生于同一分子云中，但天文学家经常发现双星的化学成分和行星系统存在差异。该系统中的一颗恒星拥有三颗小型岩石行星，而另一颗恒星则拥有两颗气态巨星。一组天文学家利用Gemini South的GHOST首次证实，这些差异可以追溯到恒星诞生的原始分子云中的不均匀性。来源：NOIRLab/NSF/AURA/J.da Silva（太空发动机）/M.Zamani

据大学天文学研究协会：一组天文学家使用双子座南望远镜首次证实，双星成分的差异可能源于它们形成的恒星物质云的化学变化。这些结果有助于解释为什么从同一分子云中诞生的恒星可以具有不同的化学成分，拥有不同的行星系统，并对当前的恒星和行星形成模型提出挑战。

据估计，高达85%的恒星存在于双星系统中，有些甚至存在于有三颗或更多恒星的系统中。这些恒星对是从同一分子云中诞生的，这些分子云由共同丰富的化学组成部分组成，因此天文学家希望发现它们的成分和行星系统几乎相同。

然而，对于许多二进制文件来说，情况并非如此。虽然一些提出的解释将这些差异归因于恒星进化后发生的事件，但一组天文学家首次证实，它们实际上可能起源于恒星开始形成之前。

在阿根廷天文、地球和空间科学研究所（ICATE-CONICET）的Carlos Saffe的领导下，该团队使用了位于智利的双子座南望远镜，该望远镜是国际双子座天文台的一半。

利用新的、精确的双子座高分辨率光学光谱仪（GHOST），该团队研究了一对巨星发出的不同波长的光或光谱，揭示了它们的化学组成存在显著差异。

Saffe说：“GHOST极其高质量的光谱提供了前所未有的分辨率，使我们能够以尽可能高的精度测量恒星的恒星参数和化学丰度。”这些测量表明，一颗恒星的重元素丰度高于另一颗。为了弄清这种差异的根源，研究小组采用了一种独特的方法。

先前的研究已经对观测到的双星之间的化学差异提出了三种可能的解释。其中两个涉及恒星进化过程：原子扩散，或根据每颗恒星的温度和表面重力将化学元素沉淀到梯度层，以及吞噬一颗小型岩石行星，这将在恒星的组成中引入化学变化。

第三种可能的解释回顾了恒星形成之初，表明这些差异源于分子云中原始或预先存在的不均匀区域。简单地说，如果分子云的化学元素分布不均匀，那么在该分子云中诞生的恒星将具有不同的成分，这取决于在每个分子云形成的位置可以获得哪些元素。

到目前为止，研究已经得出结论，这三种解释都是可能的；然而，这些研究仅集中在主序列双星上。“主序星”是恒星大部分时间存在的阶段，宇宙中的大多数恒星都是主序星，包括我们的太阳。

相反，萨菲和他的团队观察到了一个由两颗巨星组成的双星系统。这些恒星拥有极深且强烈的湍流外层或对流区。由于这些强对流区的性质，研究小组能够排除三种可能解释中的两种。

对流区内流体的连续旋转将使物质难以分层沉积，这意味着巨星对原子扩散的影响不太敏感——排除了第一种解释。厚厚的外层也意味着行星吞噬不会改变恒星的成分，因为摄入的物质会迅速稀释——排除了第二种解释。

这在分子云中留下了原始的不均匀性作为已证实的解释。萨菲说：“这是天文学家首次能够证实双星之间的差异始于其形成的最早阶段。”。

美国国家科学基金会国际双子座天文台项目主任Martin Still表示：“利用GHOST仪器提供的精确测量能力，南双子座现在正在收集恒星生命末期的观测结果，以揭示它们出生的环境。”。“这使我们能够探索恒星形成的条件如何影响它们在数百万年或数十亿年内的整个存在。”

这项研究的三个结果具有特别重要的意义。首先，这些结果为天文学家为什么看到具有如此不同行星系统的双星提供了解释。萨菲说：“不同的行星系统可能意味着非常不同的行星——岩石行星、类地行星、冰巨星、气体巨星——它们以不同的距离围绕宿主恒星运行，支持生命的潜力可能非常不同。”。

其次，这些结果对化学标记的概念提出了至关重要的挑战——利用化学成分来识别来自同一环境或恒星托儿所的恒星——表明具有不同化学成分的恒星仍然可以有相同的起源。

最后，需要对之前归因于行星撞击恒星表面的观测到的差异进行审查，因为它们现在可能被视为从恒星生命的一开始就存在。

萨菲说：“通过首次表明原始差异确实存在，并对双星之间的差异负责，我们表明恒星和行星的形成可能比最初想象的更复杂。”。“宇宙热爱多样性。”

这项研究发表在《天文学与天体物理学》杂志上。