双子座南半球揭示巨型双星意外差异的起源

据估计，多达 85% 的恒星存在于 双星 系统中，有些甚至存在于拥有三颗或更多恒星的系统中。这些恒星对诞生于同一 分子云 ，拥有共同丰富的化学构成要素，因此天文学家预计会发现它们具有几乎相同的成分和行星系统。然而，对于许多双星系统来说，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​​形成之前。

该团队由阿根廷 天文、地球和空间科学研究所 ( ICATE-CONICET ) 的 Carlos Saffe 带领，使用了位于智利的双子座南望远镜，该望远镜是国际双子座天文台 的一部分 ，由国家科学基金会部分资助，由 NSF NOIRLab 运营。利用新型精确的双子座高分辨率光学光谱仪 ( GHOST )，该团队研究了一对巨恒星发出的不同波长的光或光谱，揭示了它们化学组成的显著差异。 “GHOST 的极高质量光谱提供了前所未有的分辨率，” Saffe 说， “让我们能够以最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。为了查明这种差异的根源，该团队采用了一种独特的方法。

此前的研究对双星间观察到的化学差异提出了三种可能的解释。其中两种解释涉及恒星演化过程中可能出现的过程： 原子扩散，即化学元素根据每颗恒星的温度和表面重力沉淀到梯度层中;以及小型岩石行星的吞噬，这会导致恒星成分的化学变化。

第三种可能的解释是回顾恒星形成的开始，认为差异源自分子云中原始或预先存在的不均匀区域。简单来说，如果分子云中的化学元素分布不均匀，那么在该云中诞生的恒星将具有不同的成分，这取决于每个恒星形成位置的元素。

到目前为止，研究已经得出结论，这三种解释都是可能的;然而，这些研究仅仅集中在 主序 双星上。“主序”是恒星存在的大部分时间的阶段，宇宙中的大多数恒星都是主序恒星，包括我们的太阳。相反，萨菲和他的团队观察到了一个由两颗 巨星组成的双星。这些恒星拥有极深且强烈湍流的外部层，或 对流区。由于这些厚对流区的特性，该团队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使得物质难以沉淀成层，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。厚厚的外层也意味着行星吞噬不会对恒星的成分产生太大影响，因为被吞噬的物质会迅速被稀释——排除了第二种解释。这使得分子云内的原始不均匀性成为确定的解释。 “这是天文学家首次能够证实双星之间的差异始于其形成的最早阶段，” 萨菲说。

“利用 GHOST 仪器提供的精确测量能力，南双子座正在收集恒星生命末期的观测数据，以揭示它们诞生的环境，” 国家科学基金会国际双子座天文台项目主任马丁·斯蒂尔说。 “这使我们能够探索恒星形成的条件如何影响数百万年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看到的双星拥有如此不同的行星系统。 “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——它们以不同的距离围绕主星运行，并且支持生命的可能性可能非常不同，” 萨菲说。

其次，这些结果对化学标记的概念(使用化学成分来识别来自相同环境或恒星苗圃的恒星)提出了至关重要的挑战，因为它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，需要重新审查之前认为行星撞击恒星表面而导致的差异，因为现在这些差异可能被视为从恒星生命一开始就存在。

“通过首次证明原始差异确实存在，并导致双星之间的差异，我们表明恒星和行星的形成可能比最初想象的更为复杂，” 萨菲说。 “宇宙喜欢多样性!”