宇宙“雙胞胎研究”發(fā)現(xiàn)，每12顆恒星中就有1顆可能吃掉了一顆行星

行星系統(tǒng)的穩(wěn)定性如何？地球和它的七個兄弟姐妹會一直走在穩(wěn)定的天體軌道上，還是有一天我們會被隨機(jī)驅(qū)逐出我們的宇宙家園？

物理學(xué)家了解控制兩個天體軌道的規(guī)則，但是一旦增加了第三個天體（更不用說第四個、第五個或第100個天體了），動力學(xué)就會變得更加復(fù)雜。出現(xiàn)不可預(yù)測的不穩(wěn)定性，其中物體可能被隨機(jī)拋射到太空中或落入其宿主恒星。

幾個世紀(jì)以來，所謂的“三體問題”一直困擾著科學(xué)家（最近形成了一個暢銷系列科幻小說和Netflix 新改編).理解它的一個障礙是，我們對這種災(zāi)難性不穩(wěn)定的出現(xiàn)有多普遍知之甚少。

在一項新的研究中發(fā)表于自然界，我們和我們的同事已經(jīng)對這個問題有所了解。在對附近恒星的調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)多達(dá)十幾對恒星中就有一對可能吞噬了一顆行星，這可能是因為行星在其軌道上發(fā)生了“擺動”并落入了恒星中。

研究雙胞胎

我們的研究發(fā)現(xiàn)，在我們的樣本中，至少有8%的恒星對顯示出化學(xué)異常，表明一顆恒星吞噬了曾經(jīng)圍繞它的行星物質(zhì)。

為了檢測這種微妙的信號，我們不得不排除對這些化學(xué)模式的其他可能解釋。因此，我們專注于“雙子星”，已知它們是由相同的材料組合同時誕生的。

這種方法可以消除混雜因素，就像雙胞胎研究有時用于社會學(xué)或醫(yī)學(xué)研究一樣。

結(jié)果來自對雙子星的調(diào)查，名為C3PO型其中一位作者（Ting）在美國發(fā)起，Liu等人后來加入。

我們的團(tuán)隊從91對雙子星中收集了精美的光譜數(shù)據(jù)樣本，比過去進(jìn)行的類似研究大很多倍。

我們發(fā)現(xiàn)一些恒星與它們的雙胞胎不同，顯示出獨(dú)特的化學(xué)模式，與碳和氧等其他元素相比，某些元素（如鐵，鎳和鈦）的含量更高。這些差異表明，這顆恒星吞噬了一顆行星。

不穩(wěn)定可能出乎意料地普遍

如果一顆主星吞噬了行星系統(tǒng)的一個或多個成員，這表明該系統(tǒng)的動力學(xué)一定發(fā)生了一些不穩(wěn)定性。

模擬表明，這種不穩(wěn)定性在行星系統(tǒng)的早期生命中可能很常見——前1億年左右。然而，在這個早期階段被吞沒的任何行星痕跡在我們觀察到的數(shù)十億年前的恒星中都是無法檢測到的。

這表明我們看到的化學(xué)異常是由最近的不穩(wěn)定性引起的，導(dǎo)致恒星消耗一些行星或行星物質(zhì)。

這一啟示并非完全出乎意料。研究行星動力學(xué)的理論家，包括我們的合著者伯特倫·比奇（Bertram Bitsch），已經(jīng)注意到許多行星系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，特別是在具有一種稱為“超級地球”的行星的系統(tǒng)中 - 比地球大一些，但比像這樣的巨人小得多木星.

包括超級地球行星在內(nèi)的系統(tǒng)可能特別不穩(wěn)定。主星與其大質(zhì)量行星之間的引力拉鋸戰(zhàn)可能會產(chǎn)生不穩(wěn)定性。

微妙的平衡

我們的研究鼓勵我們重新考慮我們在宇宙中的位置。雖然我們認(rèn)為太陽系的穩(wěn)定是理所當(dāng)然的，但這在整個宇宙中可能并不正常。

我們的研究并不表明我們不太可能在我們自己的太陽系中看到這種不穩(wěn)定性。然而，即使有了我們的新結(jié)果，重要的是要認(rèn)識到行星吞噬和不穩(wěn)定仍然只發(fā)生在少數(shù)情況下。

我們希望我們的研究能夠激勵更多的人研究行星系統(tǒng)及其與宿主恒星的關(guān)系。我們對多體系統(tǒng)動力學(xué)的理解仍然非常不完整。

當(dāng)我們繼續(xù)探索宇宙的奧秘時，像這樣的研究提醒我們，讓生命在地球上茁壯成長的微妙平衡以及我們宇宙家園的潛在脆弱性。

丁元森，天體物理學(xué)副教授，澳大利亞國立大學(xué)和劉凡，物理與天文學(xué)院研究員，莫納什大學(xué)

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