唧唧堂名校科研介绍2014-07-14 2:05 PM

当恒星吞噬岩体行星时会发生什么?

有些恒星会从类地岩质行星中摄取物质,现在天文学家发现了新方法来研究这种饮食习惯对恒星化学组成产生的效应。这促生了能帮助科学家确定类地系外行星的建模新技术。 

为了检验模型,研究人员聚焦于一对都拥有行星的孪生恒星。被称为HD20781和HD20782的这两颗恒星都是类日G级矮星,并且两者都由相同的尘埃云和气体凝聚而成,因此他们应该从形成初始就含有相同化学成分。其中一颗恒星由两颗海王星大小的行星紧密围绕。另一颗恒星则拥有一颗遵循高度偏心轨道绕转的木星大小的行星。他们行星系统的差异使得两颗恒星非常适合用来研究系外行星和它们宿主恒星的化学组成之间的联系。 

新方法如何运作
 
恒星包含了超过98%的氢和氦,剩下的2%则由其他元素组成。天文学家将所有比氢合氦重的元素任意定义为金属,并提出“金属性”这一术语来特指在恒星化学组成中相对于氢的铁元素含量比率。一些科学家提出高金属含量的恒星更易形成行星系统。一项研究表明,类木体型的热行星被发现主要围绕高金属含量的恒星,而较小的行星则被发现会围绕各种金属含量丰度的恒星。 

在当前研究中,范德堡大学天文学研究生Trey Mack通过查看相对于太阳的15项具体元素丰度,对这个类型进行了进一步分析。他对例如铝,硅,钙和铁等熔点高于1200华氏度(600摄氏度)的元素特别感兴趣,因为这些是构成类地行星组成的耐火物质。 

孪生恒星的揭示

当Mack和他的同事分析了孪生星的光谱后发现其难熔元素的相对丰度比太阳中所含的显著更高。他们还发现,特定元素的熔化温度越高其含量丰度则越高这一趋势成为了类地岩质物质摄取的一个显著标记。他们统计了每对孪生恒星将必须吞噬额外的10至20个地球质量的岩质物质来从而产生这种化学标记。具体来说,具有类木行星的恒星似乎已吞噬了额外10个地球质量的物质,而具有两个类海王星行星的恒星则吞噬了额外20个地球质量的物质。 

能被检测的“印戳” 

该结果支持了对恒星化学组成及其相关行星系统性质的命题。假象该恒星最初形成了类地岩质行星。此外,想象它也形成了类木气态巨行星。 那么该岩质行星形成在更在靠近恒星的炎热区域中,而气质行星则形成在较外侧的寒冷行星系统中。然而一旦气体巨行星完全形成,他们就开始向内迁移,这又使得他们的重心开始对内部的岩质行星产生拉力。随着拉扯达到一定程度时,气体巨行星可以很容易地迫使岩质行星被恒星所吞噬。如果有足够多的岩质行星被恒星所吞噬,它们会在恒星中留下能被人类检测到的特定化学信号。按照这一逻辑,孪生恒星都不可能会拥有类地行星。在其中一个孪生恒星中,它的两个类海王星行星以地日间三分之一的距离围绕它紧密运行。另一孪生星中,其类木行星大部分时间运行在行星系统外,但由于其偏心轨道也使它能非常靠近恒星。天文学家推测,拥有两个类海王星行星的恒星会比它的孪生恒星吞噬更多陆地物质的原因是因为这两个行星比单个类木行星更能有效将物质推入其主恒星中。如果G级恒星吞噬岩质行星的化学标记被证明是普遍现象的话,当我们发现具有类似化学标记的恒星时,就可推断出他们的行星系统肯定和我们的非常不同,且他们中的大多数可能都没有岩质行星;而当我们发现那些不具有类似化学标记的恒星时,那么他们极有可能培育出类似于我们恒星的行星系统。

监督该研究的天文学教授Keivan Stassun表示,这项工作表明实际上我们的关注重心不该是有关恒星是否会以及如何形成行星的问题而是多少由恒星形成的行星能避免被其主恒星吞噬的命运。美国国家科学基金会支持了该项发表于《Astrophysical Journal》上的研究。

英文报道: 
THIS IS WHAT HAPPENS WHEN STARS EAT ROCKY PLANETS
http://www.jijitang.com/note/5215

论文原文: 
《宿主行星宽二进制I的具体丰度。行星信息会在HD 20782/81的大气中留下化学印记吗?》, 2014年5月7日发表于《The Astrophysical Journal》 
http://www.jijitang.com/note/5214

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