最新發現：短周期雙星系統可以彈射軌道行星

來自專欄 博科園

根據華盛頓大學的一項最新研究，圍繞「短周期」雙星的行星，或者被封閉在軌道上的恆星，由於其宿主恆星的演化而被彈射到太空中。這一發現有助於解釋為什麼天文學家們觀測到環繞雙星恆星的行星很少，而這些行星軌道上的恆星則是相互環繞的——儘管觀測到了數千顆短期雙星，或者軌道周期為10天或更少的恆星。這也意味著，這樣的雙星系統是一個很差的地方，它的目標是在地面和太空望遠鏡上尋找適合居住的行星和地球以外的生命。

概念圖闡釋了開普勒-16b，這是第一顆環繞兩顆恆星運行的行星——所謂的環繞行星。在前景中可以看到的行星，是由美國宇航局的開普勒任務發現的。華盛頓大學的一項新研究表明，某些短時期的雙星系統是由恆星演化而產生的。圖片：NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

有幾種不同類型的雙星，如視覺和光譜雙星，以天文學家能夠觀察到的方式命名。在《天體物理學雜誌》上發表的一篇論文中，研究報告的主要作者大衛·弗萊明(David Fleming)是一名UW天文學博士生，他研究的是雙星雙星，或者是軌道平面離視線很近的地方，兩顆星在彼此的前方交叉。弗萊明將於4月15日至19日在動力天文學會議上發表論文。在大約10天以內，當雙星相互環繞時，弗萊明和合著者們都在想，是不是每一種引力都對恆星系統產生了「動力學影響」呢?弗萊明說：這就是我們在電腦模擬中發現的，潮汐力把角動量從恆星旋轉到軌道，減慢了恆星旋轉，擴展了軌道周期。

這種角動量的轉移，不僅使軌道擴大，而且使其循環，從古怪或足球形狀的，到完美的圓。在很長一段時間內，這兩顆恆星的自轉也會同步，因為月球與地球是一致的，每一個都將永遠向對方展示相同的一面。該論文的作者之一、UW的天文學助理教授羅里·巴恩斯(Rory Barnes)說，不斷擴大的恆星軌道「把原本安全的行星包圍起來，然後它們就不再安全了，它們就會被扔出系統。」這樣一顆行星的噴射會使其他軌道世界的軌道以一種級聯效應擾動，最終也會使它們脫離系統。讓情況變得更加困難的是，天文學家稱之為「不穩定區域」，這是由兩顆恆星相互競爭的引力造成的。

弗萊明說：如果去那裡，就會被驅逐出這個系統，在模擬中證實了這一點，其他許多人也研究過這個地區。這就是所謂的「動態穩定極限」。它隨著恆星軌道的增加而向外移動，包圍著行星，使它們的軌道不穩定，最終將它們從系統中拋出去。弗萊明說，這種雙星系統的另一個引人注目的特點是，多年來被其他人發現的，是行星傾向於在這個穩定極限之外運行，在那裡「堆積」。行星如何到達該地區還不完全清楚;它們可能會在那裡形成，或者它們會從系統的更遠的地方向內遷移。弗萊明和他的合著者們將他們的模型應用於已知的短周期雙星系統，發現這種星狀潮汐演化的雙星系統至少會在87%的多行星環雙星系統中移除了一個行星，而且通常更多。甚至這可能是保守的估計;巴恩斯說，這個數字可能高達99%。

研究人員將這一過程稱為行星的恆星潮汐演化，或稱陡峭。未來的探測——「或非探測」——在短周期的雙星上，將會提供對陡峭過程的最佳間接觀測測試。被發現的最短時期的雙星系統是開普勒47，其周期約為7.45天。該研究的合著者認為，未來的研究尋找和研究短期雙星周圍的宜居行星，應該把重點放在那些軌道周期較長而非7.5天的行星上。弗萊明和巴恩斯的合著者是UW天文學教授湯姆·奎因，博士後研究員羅德里格·魯格和本科生大衛·e·格雷厄姆。這項工作使用了UW的Hyak超級計算機系統提供的存儲和網路基礎設施，由UW的學生技術費用資助。至於可居住性和對生命的探索，圍繞短期食雙星的行星可能是更近距離研究的誘人目標，它們的邊角顯示出日食，而更多的是向遠方的觀察者。

博科園-科學科普｜參考期刊：天體物理期刊｜來自：華盛頓大學