揭示巨型双星意想不到的差异的起源

天文学家团队利用双子座南望远镜首次证实，双星成分的差异可能源于形成它们的恒星物质云的化学变化。这些结果有助于解释为什么从同一分子云中诞生的恒星可以拥有不同的化学成分并拥有不同的行星系统，并对当前的恒星和行星形成模型提出了挑战。

据估计，高达85%的恒星存在于双星系统中，有些甚至存在于三颗或更多恒星的系统中。这些恒星对是从相同的分子云中诞生的，由共享丰富的化学构件组成，因此天文学家期望发现它们具有几乎相同的成分和行星系统。

然而，对于许多二进制文件来说，情况并非如此。虽然一些提出的解释将这些差异归因于恒星演化后发生的事件，但一组天文学家首次证实它们实际上可能起源于恒星​​甚至开始形成之前。

由阿根廷天文、地球和空间科学研究所(ICATE-CONICET)的卡洛斯·萨菲(CarlosSaffe)领导的研究小组使用了位于智利的双子座南望远镜(国际双子座天文台的一半)。

利用新型精确的双子座高分辨率光学光谱仪(GHOST)，研究小组研究了一对巨星发出的不同波长的光或光谱，揭示了它们化学组成的显着差异。

“GHOST的极高品质光谱提供了前所未有的分辨率，”Saffe说道，“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。”这些测量结果表明，一颗恒星的重元素丰度高于另一颗恒星。为了弄清楚这种差异的根源，该团队使用了一种独特的方法。

先前的研究对双星之间观察到的化学差异提出了三种可能的解释。其中两个涉及恒星演化过程中会发生的过程：原子扩散，或者根据每颗恒星的温度和表面重力，化学元素沉降到梯度层中，以及吞没一颗小型岩石行星，这会引入化学元素。恒星成分的变化。

第三种可能的解释回顾了恒星形成的开始，表明这些差异源于分子云内原始或预先存在的不均匀区域。简单地说，如果分子云的化学元素分布不均匀，那么在该分子云中诞生的恒星将具有不同的成分，具体取决于每个分子云形成位置的可用元素。

到目前为止，研究得出的结论是，这三种解释都是可能的。然而，这些研究仅关注主序双星。“主序星”是恒星度过其存在的大部分时间的阶段，宇宙中的大多数恒星都是主序星，包括我们的太阳。

相反，萨菲和他的团队观察到了由两颗巨星组成的双星。这些恒星拥有极深且强烈湍流的外层或对流区。由于这些厚对流区域的特性，研究小组能够排除三种可能解释中的两种。

对流区内流体的持续旋转将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——排除了第一种解释。厚厚的外层还意味着行星吞噬不会太大改变恒星的成分，因为摄入的物质会迅速稀释——排除了第二种解释。

这使得分子云内的原始不均匀性成为已证实的解释。萨菲说：“这是天文学家第一次能够证实双星之间的差异始于其形成的最早阶段。”

美国国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁·斯蒂尔表示：“利用GHOST仪器提供的精确测量能力，南双子座现在正在收集恒星生命末期的观测结果，以揭示它们诞生的环境。”。“这使我们能够探索恒星形成的条件如何影响它们在数百万或数十亿年的整个存在。”

这项研究的三个结果具有特别重要的意义。首先，这些结果解释了为什么天文学家会看到具有如此不同行星系统的双星。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、气态巨行星——它们以不同的距离绕主恒星运行，支持生命的潜力也可能非常不同。”

其次，这些结果对化学标记的概念提出了重大挑战——使用化学成分来识别来自相同环境或恒星苗圃的恒星——通过表明具有不同化学成分的恒星仍然可以具有相同的起源。

最后，之前观察到的归因于行星对恒星表面影响的差异需要重新审视，因为它们现在可能被视为从恒星生命的一开始就存在。

萨菲说：“通过首次证明原始差异确实存在并导致了双星之间的差异，我们表明恒星和行星的形成可能比最初想象的更复杂。”“宇宙热爱多样性。”