六恒星係統中的每一對恒星距離都比較近,如果存在行星圍繞其中單顆恒星運轉,那麽(me) 這顆行星上將很難有生命存在。
——張曾華 南京大學天文與(yu) 空間科學學院副教授
◎實習(xi) 記者 於(yu) 紫月
“文明隻能在持續時間較長的、氣候溫暖的恒紀元裏發展。大部分時間裏,人們(men) 集體(ti) 脫水貯存起來,當較長的恒紀元到來時,再集體(ti) 浸泡複活,開始生產(chan) 和建設。”這是小說《三體(ti) 》中的一個(ge) 片段。誰也不清楚,三體(ti) 世界明日的天空中會(hui) 有幾顆太陽,迎來的是酷暑、嚴(yan) 寒,還是期盼已久的暖風。3顆太陽讓三體(ti) 人活在無盡的恐懼當中。
然而,浩瀚宇宙中,如這般由3顆恒星組成的係統並不少見,人們(men) 還發現過恒星數量更多的係統。據外媒1月27日報道,一個(ge) 由美國國家航空航天局(NASA)領導的研究團隊,首次發現了一個(ge) 相互掩食的六恒星係統TYC 7037-89-1。相關(guan) 研究論文已被國際期刊《天文學雜誌》接收。
兩(liang) 兩(liang) 掩食 如舞池中的三對情侶(lv)
此次新發現的六恒星係統位於(yu) 波江星座,它們(men) 兩(liang) 兩(liang) 一組,相互繞轉。
當然,該係統之所以被認定為(wei) 六恒星係統,而非3個(ge) 雙星係統,是因為(wei) 它們(men) 之間的牽絆比簡單的雙星係統深得多。
這6顆恒星內(nei) 部共有三級結構,像極了同一個(ge) 圈子的人背著朋友和其他人偷偷建的不同微信群。
6顆恒星兩(liang) 兩(liang) 配對繞轉,宛如舞池中正在跳華爾茲(zi) 的三對情侶(lv) ,組成3個(ge) 固定的雙星係統,此為(wei) 第一級結構。
為(wei) 了便於(yu) 理解,我們(men) 姑且將每對情侶(lv) 都看成一個(ge) 整體(ti) ,以“A夫婦”“B夫婦”和“C夫婦”代稱。研究顯示,“A夫婦”的軌道周期僅(jin) 為(wei) 1.3天,也就是說,“A夫婦”二人每隔1.3天就相互繞轉一圈。“B夫婦”與(yu) “C夫婦”的軌道周期分別是1.6天、8.2天。
“A夫婦”與(yu) “C夫婦”離得近、關(guan) 係好,他們(men) 也在相互繞轉,此為(wei) 第二級結構。AC係統的軌道周期便長了許多,大約為(wei) 4年。
AC兩(liang) 對“夫婦”還可以再組成一個(ge) 整體(ti) ,與(yu) 距離遠一些的“B夫婦”相互繞轉,此為(wei) 第三級結構。他們(men) 的軌道周期更長,大約為(wei) 2000年。
“宇宙中多顆恒星在一起的現象非常普遍。”北京大學物理學院天文學係副主任張華偉(wei) 研究員在接受科技日報記者采訪時表示,根據現有觀測數據,銀河係中大量的恒星都有“小夥(huo) 伴”,多處於(yu) 雙星係統中。三星、四星係統也少量存在。此前也發現過六恒星係統,如肉眼可見的雙子座α星(中國星官名為(wei) 北河二)。當然,宇宙中還存在更為(wei) 龐大的多星係統,最極端的例子當屬疏散星團和球狀星團,前者坐擁幾百、上千顆恒星,後者甚至由幾百萬(wan) 顆恒星組成。
“此次發現的六星係統獨特之處在於(yu) ,這三對恒星都是相互掩食的。”張華偉(wei) 說。
南京大學天文與(yu) 空間科學學院副教授張曾華同樣指出了這一點。他告訴記者,如果從(cong) 舞池外觀察這三對恒星“夫婦”,你會(hui) 發現每一對“夫婦”轉圈時總會(hui) 有一些時刻,一個(ge) 人恰好擋住了另外一個(ge) 人,這就是掩食。金星淩日就是典型的掩食現象。
“這是一個(ge) 絕妙的巧合,即地球恰好與(yu) 該六星係統在同一軌道平麵上。”張曾華表示,此前發現的北河二的6顆恒星沒有出現掩食現象,原因就是我們(men) 與(yu) 其軌道平麵不同。我們(men) 觀測北河二,不像是站在舞池外圍平視望向舞池中央,而像是倒掛在天花板上俯視它。
TESS立功 周期性光變甄別多星係統
科學家如何在璀璨群星中找出這一獨特的多星係統?這要歸功於(yu) 美國在2018年發射的太空望遠鏡——淩日係外行星巡天望遠鏡(TESS)。
受限於(yu) 探測目標的距離與(yu) 望遠鏡的分辨率,六恒星係統在TESS眼中僅(jin) 是一個(ge) 光斑,但它們(men) 相互遮擋時會(hui) 使這顆光斑的亮度產(chan) 生周期性改變,從(cong) 而使得研究人員確定這是一個(ge) 多星係統,而非單顆恒星。
利用周期性光變規律,研究人員測算出了這6顆恒星的相關(guan) 參數,這一係統的真容逐漸變得清晰起來。三對恒星皆為(wei) “一胖一瘦”的組合,“胖”星的質量和直徑比太陽稍大,“瘦”星則比太陽稍小一些。
這樣的多恒星係統是怎樣形成的?學界一直在研究和探討。
張曾華告訴記者,目前主流的多恒星係統形成模型主要有兩(liang) 種,一種是“青梅竹馬”,另一種是“一見鍾情”。
恒星通常是批量形成的。最初,氣體(ti) 雲(yun) 塌縮形成原恒星,原恒星相互吸引,最終可誕生成千上萬(wan) 顆恒星。這些恒星處於(yu) 不規則運動中,有些距離近的恒星因較強的引力而逐漸靠近,可演化為(wei) 雙星係統,少數情況下也會(hui) 出現多星係統。此為(wei) “青梅竹馬”型。
當然,並非所有的“曖昧”都有始有終,有些分離較遠、引力約束不牢固的係統可能會(hui) 受到其他恒星的幹擾,變得不穩定,最終的結果就是有星“出軌”,“多角戀”變“兩(liang) 角戀”,或者兩(liang) 情侶(lv) 最終勞燕分飛。
如果一顆恒星質量較大,當個(ge) 頭比它小很多的恒星掠過時,有可能被其捕獲。這兩(liang) 顆恒星雖然年齡不同,卻一見如故、惺惺相惜,此為(wei) “一見鍾情”型。
事實上,在以光年為(wei) 丈量單位的宇宙中,恒星的平均移動速度隻有幾十千米/秒,慢得幾乎與(yu) 《瘋狂動物城》中的樹懶一樣。速度慢就決(jue) 定了兩(liang) 顆恒星邂逅的幾率小得可憐,因此“一見鍾情”型發生的概率相對“青梅竹馬”型更小。
“再者,由於(yu) 此次發現的新係統中,六顆恒星質量相差不大,因此其形成機製可能更傾(qing) 向於(yu) 第一種。”張曾華說。
多顆太陽 生存環境或惡劣非凡
目前科學家還沒有發現該六恒星係統中有行星存在的跡象。但如果假設該係統中存在行星,而我們(men) 又恰好生活在這顆行星上,會(hui) 不會(hui) 麵臨(lin) 比三體(ti) 人更恐怖的生存環境?
答案是肯定的。
張華偉(wei) 表示,小說中三體(ti) 人的無數個(ge) 文明皆因測不準3顆太陽與(yu) 三體(ti) 人所在行星的運行規律而消亡,而六恒星係統遠比三恒星係統複雜。
“該係統中的每一對恒星距離都比較近,如果存在行星圍繞單顆恒星運轉,那麽(me) 這顆行星上將很難有生命存在,因為(wei) 最近距離的這兩(liang) 顆巨大而炙熱的太陽會(hui) 讓行星如被架在火爐上烘烤一般。”張曾華說。
張曾華推測,如果行星圍繞雙星係統運轉,那麽(me) 我們(men) 將看到2個(ge) 太陽或4個(ge) 太陽。原因在於(yu) ABC三對雙星係統中,AC距離較近,B則遠很多。如果行星圍繞A或C係統運轉,就會(hui) 看到A和C係統的4個(ge) 太陽;如果行星圍繞B運轉,估計隻能看到B係統的這兩(liang) 個(ge) 太陽,AC係統很有可能以4顆亮星的形式閃耀於(yu) 天空中。
“要看到這樣的景象,首先對行星軌道有嚴(yan) 格的要求。”張曾華補充道。第一,行星需要離開雙星或四星係統足夠遠,才能保證自己的軌道是穩定的。第二,行星需要在多星係統外的宜居帶內(nei) ,既不會(hui) 太冷也不會(hui) 太熱,可以維持液態水。好在AC四星係統周圍的宜居帶剛好足夠遠,可以存在穩定的行星軌道。當然B雙星係統的宜居帶內(nei) 也可以存在穩定的行星軌道。最後,如果要孕育生命,對行星本身也有很高的要求。比如,宜居帶內(nei) 的行星需要是一個(ge) 類地行星,具有岩石的外殼;行星需要有大氣,而且大氣成分和環境適合高等生命存在等。
當然,任何的引力擾動都有可能改變行星原本的運行軌道,也許會(hui) 讓這顆行星更靠近主恒星,也有可能將它“踢”得更遠。
與(yu) 命運飄忽不定的行星相對,這六顆恒星的演化似乎短時間內(nei) 不會(hui) 出現太大改變。
“通常,恒星質量越大,其演化進程越快。這6顆恒星質量均與(yu) 單個(ge) 太陽質量相近,其各自的演化速度也將跟太陽差不多。而太陽壽命長達約100億(yi) 年,由此可見係統中每顆恒星還將以現有的狀態存續很長時間。”張華偉(wei) 表示,這6顆恒星的相對關(guan) 係也可能基本穩定。總而言之,它們(men) 的質量相對較小,也相差不大,短期內(nei) 應該不會(hui) 發生超新星爆發、相互碰撞等劇烈事件。
也許等時光流逝、你我老去,再去回眸這六顆星,它們(men) 依然懸於(yu) 浩渺星河中,巋然不動。百年歲月流金,之於(yu) 它們(men) ,隻是瞬間。
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