天文学家证实双星化学构成的变化源于其形成的初始阶段

这幅艺术家的印象图展示了一对双巨星。尽管诞生于相同的分子云，天文学家经常能发现双星的化学成分和行星系统存在差异。图中显示，该系统中的一颗恒星上有三颗小型岩石行星，而另一颗恒星上则有两颗气体巨行星。一个天文学家小组利用双子座南的 GHOST 卫星首次证实，这些差异可以追溯到恒星诞生时原始分子云的不均匀性。资料来源：NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)/M.扎马尼

据估计，多达 85% 的恒星存在于双星系统中，有些双星系统甚至包含三颗或更多恒星。这些恒星对从同一个分子云中诞生，共享丰富的化学构件。因此，天文学家希望它们拥有几乎完全相同的成分和行星系统。然而，事实并非总是如此。虽然有些解释认为这些差异是恒星进化后发生的事件造成的，但一个天文学家小组首次证实，这些差异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 领导下，研究小组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，由美国国家科学基金会提供部分支持，并由国家科学基金会NOIRLab 运营。利用新的、精确的双子座高分辨率光学摄谱仪（GHOST），研究小组研究了一对巨星发出的不同波长的光或光谱，发现了它们化学构成的显著差异。

萨菲说："GHOST极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。这些测量结果显示，一颗恒星的重元素丰度高于另一颗恒星。为了厘清这一差异的根源，研究小组采用了一种独特的方法。"

以往的研究为观测到的双星之间的化学差异提出了三种可能的解释。其中两种涉及恒星演化过程中会发生的过程：原子扩散，或者说化学元素根据每颗恒星的温度和表面引力沉降到梯度层；以及小型岩石行星的吞噬，这将在恒星的成分中引入化学变化。

第三种可能的解释是追溯到恒星形成之初，认为差异源于分子云中原始的或预先存在的不均匀区域。简单地说，如果分子云中的化学元素分布不均匀，那么在分子云中诞生的恒星就会有不同的成分，这取决于每颗恒星形成时所在的位置有哪些元素。

迄今为止，研究得出的结论是这三种解释都有可能；不过，这些研究只关注主序双星。主序"是恒星存在时间最长的阶段，宇宙中大多数恒星都是主序恒星，包括我们的太阳。相反，萨菲和他的团队观测到了一颗由两颗巨星组成的双星。这些恒星拥有极深的强湍流外层或对流区。由于这些厚对流区的特性，研究小组排除了三种可能解释中的两种。

对流区内流体的持续旋转会使物质难以沉淀成层，这意味着巨星对原子扩散的影响不太敏感--这排除了第一种解释。厚厚的外层也意味着行星吞噬不会对恒星的成分造成太大的改变，因为摄入的物质会被迅速稀释--这又排除了第二种解释。这样一来，分子云内部的原始不均匀性就成了确定的解释。萨菲说："这是天文学家首次证实双星之间的差异始于其形成的最初阶段。"

"利用 GHOST 仪器提供的精确测量能力，双子座南现在正在收集恒星生命末期的观测数据，以揭示它们的诞生环境，"国家科学基金会国际双子座天文台项目主任 Martin Still 说。"这使我们有能力探索恒星形成的条件如何影响它们数百万年或数十亿年的整个存在过程"。

这项研究有三个特别重要的结果。首先，这些结果解释了为什么天文学家看到的双星具有如此不同的行星系统。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、冰巨行星、气巨行星--这些行星以不同的距离围绕着它们的宿主恒星运行，支持生命的潜力可能非常不同。"

其次，这些结果表明，化学成分不同的恒星仍然可能具有相同的起源，从而对化学标记（利用化学成分来识别来自同一环境或恒星苗圃的恒星）的概念提出了严峻的挑战。

最后，需要对以前认为是行星撞击恒星表面造成的观测差异进行审查，因为这些差异现在可能被认为是恒星生命一开始就存在的。

萨菲说："通过首次证明原始差异确实存在并导致了孪生恒星之间的差异，我们表明恒星和行星的形成可能比最初想象的更加复杂。宇宙同样喜欢多样性！"

编译自/ScitechDaily