近三分之一的恒星可能包含像地球這樣的行星的殘骸

近年來，天文學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出了以極高的精度測量恒星金屬含量的技術(shù)。憑借這種能力，天文學(xué)家已經(jīng)檢查了兄弟星，以了解它們的金屬豐度有何不同。其中一些同生星的金屬性存在明顯差異。

新的研究表明，恒星吞噬巖石行星是罪魁禍?zhǔn)住?/p>

同生星誕生于同一個巨型分子云 （GMC） 中，盡管它們彼此之間不一定處于二元關(guān)系中。預(yù)計這些恒星具有非常相似的金屬豐度，盡管沒有 GMC 是完全均勻的，并且在一起形成的恒星中微小的差異很常見。但是當(dāng)差異明顯時，肯定有其他解釋。

名為”超短周期行星毀滅對類太陽恒星的金屬污染“表明巖石行星是這些差異的根源。作者分別是來自西北大學(xué)和康奈爾大學(xué)的 Christopher E. O'Connor 和 Dong Lai。該研究在預(yù)印本服務(wù)器 arxiv.org 上進(jìn)行，并已提交給 AAS 期刊。

作者寫道：“對同生恒星對（具有共同起源的恒星）之間的化學(xué)成分的詳細(xì)研究揭示了難熔元素之間出乎意料的巨大豐度差異。

作者將此稱為污染，因為白矮星中發(fā)生了類似的事情。這種污染的來源是富含金屬的巖石行星。

超短周期（USP） 系外行星非常緊密地圍繞它們的恒星運行，通常只需幾個小時即可完成一個軌道。它們的成分與地球相似，并且很少超過兩個地球半徑。他們的起源尚不清楚。它們可能在更遠(yuǎn)的地方形成，然后遷移到更靠近它們的恒星的地方，或者它們可能是由于恒星輻射而失去大氣層的更大行星的殘骸。

USP 行星不是很常見。只有大約 0.5% 的類太陽恒星擁有它們。它們非常熱，所以它們的表面被熔化了，它們被潮汐鎖定在恒星上。

雖然不常見，但它們可能會大量形成，然后被它們的星星吞噬。

“短周期系外行星可能容易受到潮汐干擾和被宿主恒星吞噬的影響，”作者寫道。研究表明，3% 到 30% 的同生主序類太陽 （FGK） 恒星已經(jīng)吞沒了 1 到 10 個地球質(zhì)量的巖石行星。

這種情況有很多種可能發(fā)生。“行星系統(tǒng)中可能存在多種形式的劇烈動力學(xué)演化，每一種都可能將一顆行星注入恒星，”O(jiān)'Connor 和 Lai 寫道。然而，有證據(jù)表明，最多只有大約 2% 的單個 FGK 恒星被所有暴力機制共同污染。

天文學(xué)家提出了恒星可以吞噬 USP 行星的三種主要情況。

一種稱為高偏心率 （high-e） 遷移。在這種情況下，原始 USP 變得非常接近其恒星并具有很高的偏心率。由于它靠近恒星及其引力，這顆行星迅速失去了偏心率并采用圓形軌道。

第三種情況是傾斜驅(qū)動的遷移。在這種情況下，USP 的伴星激發(fā)了 USP 的傾斜度，并將其捕獲在長期自旋軌道共振.USP 迅速向其恒星遷移，但當(dāng) USP 逃離共振時，遷移結(jié)束。

作者開發(fā)了一個模型來預(yù)測形成的 USP 數(shù)量以及它們被吞噬所需的時間。他們的模型可以再現(xiàn)在類太陽恒星周圍觀測到的低 USP 出現(xiàn)率及其受污染的金屬豐度。他們的結(jié)果有利于低 e 遷移情景，其中 USP 是緊湊的多行星系統(tǒng)的一部分。

“我們發(fā)現(xiàn) USP 吞噬是低輻射遷移情景的自然結(jié)果。因此，USP 與類太陽恒星中被吞沒的巖石行星之間的聯(lián)系似乎是合理的，“他們寫道。

他們的結(jié)果表明，USP 在形成后 0.1 到 1 GB 之間會被吞沒。如果這種吞噬是類太陽恒星的主要污染源，那么作者說，污染與緊湊的多行星系統(tǒng)之間存在相關(guān)性。

“大約 5-10% 的受污染恒星應(yīng)該有一個質(zhì)量 ? 5M⊕周期 ~ 4-12 天的凌日行星，”他們解釋說。

他們還預(yù)測了相反的情況：USP 的發(fā)生和污染之間應(yīng)該存在反相關(guān)。

作者指出了有關(guān)其結(jié)果的一些注意事項。

金屬性污染的特征會隨著時間的推移而消失。金屬可以沉降到恒星中，使信號消失。根據(jù)這種方法的效果，這可能意味著我們對有多少恒星被污染的理解是不準(zhǔn)確的。這可能意味著超過 30% 的類似太陽的恒星受到污染。

第二個警告是，更猛烈的機制可能會將行星注入它們的恒星。行星間的散射可能會使行星陷入吞噬，尤其是巖石超級地球。然而，作者解釋說，“我們發(fā)現(xiàn)只有 ~ 1% 的恒星會因超級地球的暴力破壞而受到污染，盡管它們作為系外行星無處不在。

他們最后的警告是熱木星（HJs）。這些氣態(tài)巨行星的軌道非?？拷鼈兊暮阈?。天文學(xué)家認(rèn)為，HJ 在其恒星的主序生命周期中被吞噬摧毀。HJ 的發(fā)生率也與類太陽恒星周圍的 USP 相似。問他們是否會導(dǎo)致觀察到的金屬性污染，這是一個公平的問題。

作者說，高偏心率遷移有可能將 HJ 推向恒星吞噬。然而，他們也指出，有充分的理由懷疑這一點。“同樣，被吞噬的 HJ 可能不會產(chǎn)生與巖石行星類似的化學(xué)特征：HJ 的質(zhì)量和塊金屬性差異很大，”他們寫道。HJ 中的所有氫和氦也可以稀釋多余的金屬。此外，HJ 的潮汐破壞可能不會直接導(dǎo)致吞噬。傳質(zhì)可能會將 HJ 降低為由原始核心和殘余大氣組成的超級地球殘余物。

根據(jù) O'Connor 和 Lai 的說法，在我們了解 HJ 如何導(dǎo)致恒星污染之前，還需要進(jìn)行更多的研究。

他們的結(jié)果還表明，主序星在其主序中只能形成一個 USP，因此只能吞噬一個。在一個緊湊的系統(tǒng)中，只有最內(nèi)層的行星才能遭受足夠的潮汐衰減，從而成為 USP。

在他們的結(jié)論中，作者寫道，承載 USP 的恒星應(yīng)該具有與銀河系場恒星相似的年齡和運動學(xué)，并且應(yīng)該很少顯示出先前行星吞噬的跡象。他們還得出結(jié)論，受污染的 FGK 恒星應(yīng)該擁有緊湊的多行星系統(tǒng)。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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