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比“三體”還多一倍的“六體”,了解一下

[ 時間:2021-02-23 11:04:39 | 來源:科技日報 ]

  NASA

  六恒星系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,那么這顆行星上將很難有生命存在。

  ——張曾華 南京大學天文與空間科學學院副教授

  ◎實習記者 于紫月

  “文明只能在持續時間較長的、氣候溫暖的恒紀元里發展。大部分時間里,人們集體脫水貯存起來,當較長的恒紀元到來時,再集體浸泡復活,開始生產和建設。”這是小說《三體》中的一個片段。誰也不清楚,三體世界明日的天空中會有幾顆太陽,迎來的是酷暑、嚴寒,還是期盼已久的暖風。3顆太陽讓三體人活在無盡的恐懼當中。

  然而,浩瀚宇宙中,如這般由3顆恒星組成的系統并不少見,人們還發現過恒星數量更多的系統。據外媒1月27日報道,一個由美國國家航空航天局(NASA)領導的研究團隊,首次發現了一個相互掩食的六恒星系統TYC 7037-89-1。相關研究論文已被國際期刊《天文學雜志》接收。

  兩兩掩食 如舞池中的三對情侶

  此次新發現的六恒星系統位于波江星座,它們兩兩一組,相互繞轉。

  當然,該系統之所以被認定為六恒星系統,而非3個雙星系統,是因為它們之間的牽絆比簡單的雙星系統深得多。

  這6顆恒星內部共有三級結構,像極了同一個圈子的人背著朋友和其他人偷偷建的不同微信群。

  6顆恒星兩兩配對繞轉,宛如舞池中正在跳華爾茲的三對情侶,組成3個固定的雙星系統,此為第一級結構。

  為了便于理解,我們姑且將每對情侶都看成一個整體,以“A夫婦”“B夫婦”和“C夫婦”代稱。研究顯示,“A夫婦”的軌道周期僅為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“C夫婦”的軌道周期分別是1.6天、8.2天。

  “A夫婦”與“C夫婦”離得近、關系好,他們也在相互繞轉,此為第二級結構。AC系統的軌道周期便長了許多,大約為4年。

  AC兩對“夫婦”還可以再組成一個整體,與距離遠一些的“B夫婦”相互繞轉,此為第三級結構。他們的軌道周期更長,大約為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系副主任張華偉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,銀河系中大量的恒星都有“小伙伴”,多處于雙星系統中。三星、四星系統也少量存在。此前也發現過六恒星系統,如肉眼可見的雙子座α星(中國星官名為北河二)。當然,宇宙中還存在更為龐大的多星系統,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,后者甚至由幾百萬顆恒星組成。

  “此次發現的六星系統獨特之處在于,這三對恒星都是相互掩食的。”張華偉說。

  南京大學天文與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,如果從舞池外觀察這三對恒星“夫婦”,你會發現每一對“夫婦”轉圈時總會有一些時刻,一個人恰好擋住了另外一個人,這就是掩食。金星凌日就是典型的掩食現象。

  “這是一個絕妙的巧合,即地球恰好與該六星系統在同一軌道平面上。”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,原因就是我們與其軌道平面不同。我們觀測北河二,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系統

  科學家如何在璀璨群星中找出這一獨特的多星系統?這要歸功于美國在2018年發射的太空望遠鏡——凌日系外行星巡天望遠鏡(TESS)。

  受限于探測目標的距離與望遠鏡的分辨率,六恒星系統在TESS眼中僅是一個光斑,但它們相互遮擋時會使這顆光斑的亮度產生周期性改變,從而使得研究人員確定這是一個多星系統,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顆恒星的相關參數,這一系統的真容逐漸變得清晰起來。三對恒星皆為“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。

  這樣的多恒星系統是怎樣形成的?學界一直在研究和探討。

  張曾華告訴記者,目前主流的多恒星系統形成模型主要有兩種,一種是“青梅竹馬”,另一種是“一見鐘情”。

  恒星通常是批量形成的。最初,氣體云塌縮形成原恒星,原恒星相互吸引,最終可誕生成千上萬顆恒星。這些恒星處于不規則運動中,有些距離近的恒星因較強的引力而逐漸靠近,可演化為雙星系統,少數情況下也會出現多星系統。此為“青梅竹馬”型。

  當然,并非所有的“曖昧”都有始有終,有些分離較遠、引力約束不牢固的系統可能會受到其他恒星的干擾,變得不穩定,最終的結果就是有星“出軌”,“多角戀”變“兩角戀”,或者兩情侶最終勞燕分飛。

  如果一顆恒星質量較大,當個頭比它小很多的恒星掠過時,有可能被其捕獲。這兩顆恒星雖然年齡不同,卻一見如故、惺惺相惜,此為“一見鐘情”型。

  事實上,在以光年為丈量單位的宇宙中,恒星的平均移動速度只有幾十千米/秒,慢得幾乎與《瘋狂動物城》中的樹懶一樣。速度慢就決定了兩顆恒星邂逅的幾率小得可憐,因此“一見鐘情”型發生的概率相對“青梅竹馬”型更小。

  “再者,由于此次發現的新系統中,六顆恒星質量相差不大,因此其形成機制可能更傾向于第一種。”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系統中有行星存在的跡象。但如果假設該系統中存在行星,而我們又恰好生活在這顆行星上,會不會面臨比三體人更恐怖的生存環境?

  答案是肯定的。

  張華偉表示,小說中三體人的無數個文明皆因測不準3顆太陽與三體人所在行星的運行規律而消亡,而六恒星系統遠比三恒星系統復雜。

  “該系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,那么這顆行星上將很難有生命存在,因為最近距離的這兩顆巨大而炙熱的太陽會讓行星如被架在火爐上烘烤一般。”張曾華說。

  張曾華推測,如果行星圍繞雙星系統運轉,那么我們將看到2個太陽或4個太陽。原因在于ABC三對雙星系統中,AC距離較近,B則遠很多。如果行星圍繞A或C系統運轉,就會看到A和C系統的4個太陽;如果行星圍繞B運轉,估計只能看到B系統的這兩個太陽,AC系統很有可能以4顆亮星的形式閃耀于天空中。

  “要看到這樣的景象,首先對行星軌道有嚴格的要求。”張曾華補充道。第一,行星需要離開雙星或四星系統足夠遠,才能保證自己的軌道是穩定的。第二,行星需要在多星系統外的宜居帶內,既不會太冷也不會太熱,可以維持液態水。好在AC四星系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雙星系統的宜居帶內也可以存在穩定的行星軌道。最后,如果要孕育生命,對行星本身也有很高的要求。比如,宜居帶內的行星需要是一個類地行星,具有巖石的外殼;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,也許會讓這顆行星更靠近主恒星,也有可能將它“踢”得更遠。

  與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不會出現太大改變。

  “通常,恒星質量越大,其演化進程越快。這6顆恒星質量均與單個太陽質量相近,其各自的演化速度也將跟太陽差不多。而太陽壽命長達約100億年,由此可見系統中每顆恒星還將以現有的狀態存續很長時間。”張華偉表示,這6顆恒星的相對關系也可能基本穩定?偠灾,它們的質量相對較小,也相差不大,短期內應該不會發生超新星爆發、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,它們依然懸于浩渺星河中,巋然不動。百年歲月流金,之于它們,只是瞬間。

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