天文学家们近日揭示了围绕双星系统旋转的行星形成的全新视角,这一发现可能彻底改变我们对行星诞生条件的认知。
尽管太阳系中的行星围绕单一恒星旋转的排列方式最为人所熟知,但宇宙中超过一半的恒星实际上存在于双星系统中,拥有伴星。这些双星系统周围同样可能存在行星,它们或者围绕单颗恒星进行“恒星轨道运动”,或者围绕整个双星系统进行更为宽广的“双星轨道运动”。
为了深入理解双星系统中行星形成的奥秘,天文学家们利用位于智利北部的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)和夏威夷的凯克II 10米望远镜,对两个双星系统进行了详尽的研究。这些研究不仅提供了宝贵的数据,还可能改写我们对双星系统中行星形成条件的理解。
双星系统的形成过程与单星并无太大差异,它们都是在由冷星际气体组成的密集云中诞生的。这些气体云会形成过度密集的斑块,聚集更多的质量,最终在其自身引力的作用下坍缩,形成被称为“原恒星”的恒星婴儿。有些星际云足够庞大,足以在其中形成两颗甚至三颗主序星。
在这些恒星形成后,剩余的气体和尘埃云围绕它们形成了所谓的“原行星盘”,行星正是从这些盘中孕育而生的。这些盘可以是恒星轨道的,只围绕一颗恒星,也可以是双星轨道的,围绕整个系统。然而,科学家们至今尚未明确是什么因素使得这些盘能够持续足够长的时间以孕育出行星,也不清楚是什么最终导致了盘的消散。
双星系统中的恒星轨道盘为研究这些问题提供了理想的实验场所。这些早期盘的属性,如大小、子结构和倾斜度,可以揭示塑造行星诞生环境的复杂相互作用的细节。由于多星系统在宇宙中的普遍存在,研究双星周围的行星形成对于更深入地理解这一过程至关重要。
天文学家们重点关注了名为DF Tau的双星系统,该系统由两颗质量约为太阳0.6倍的原恒星组成,位于距离地球约150光年的金牛座恒星形成区。DF Tau的两颗恒星以高度拉长的轨道运行,它们之间的距离相当于地球与太阳之间距离的14倍,大约需要44个地球年才能完成一圈。ALMA检测到孕育这些恒星的星际云已经分裂成两个恒星轨道盘,其中一个被磁性地锁定在中央恒星DF Tau A上,另一个则与快速旋转的轨道伴星DF Tau B分离。
另一个备受关注的双星系统是年轻的F.O Tau系统,其年龄约为280万年,相比之下,太阳系已有46亿年的历史。F.O Tau系统位于距离我们大约450光年的地方,其恒星F.O Tau A和B的轨道比DF Tau更为圆形,且它们之间的距离也更远。使用ALMA,天文学家们发现F.O Tau的盘与其双星轨道对齐,两颗恒星都表现出较慢的旋转速度,且两个恒星轨道盘都保持对其原恒星的磁性锁定。这一发现表明,像F.O Tau这样的系统,其恒星旋转较慢且轨道更圆,可能比旋转速度快且轨道拉长的系统更适合在其恒星成分周围形成行星体。
这些研究成果在第244届美国天文学会(AAS)会议上得到了公布,为我们理解双星系统中行星的形成提供了新的视角和线索。