恆星殺害子女,並且掩飾罪行?天文學家如何逮捕它們?

2023-09-29     天文在線

原標題:恆星殺害子女,並且掩飾罪行?天文學家如何逮捕它們?

殺死行星的恆星可以「掩飾」它們的罪行。來看看我們是如何「逮捕」它們的。

(圖解:一張關於恆星如何吃掉它的行星的藝術想像圖。圖源:NASA/ESA/G. Bacon。)

儘管恆星提供了養育行星數十億年的家園,恆星們有時會「離經叛道」,甚至「吃掉」它們的孩子。但隨著時間的流逝,「殺害子女罪」的證據會逃逸進恆星的核中,並且永不見於天日。

但是現在,天文學家們找到了一種在作案現場逮捕「殺人犯」恆星的方法,並且可以推出離事態惡化還有多長時間。

(圖解:「死亡恆星」。圖源:dailystar。)

【恆星什麼時候會開始「飢不擇食」?】

恆星可能在它生命循環的多個階段「殺死」——儘管天文學家更傾向於用「吞噬」這個文明一些的詞——它的行星。在這個生命循環的一端,當典型的類日恆星將要死亡的時候,它會膨脹並且變得通紅,成為一顆巨星或超巨星。

(圖解:紅巨星。圖源:nurmuhammad。)

當膨脹發生的時候,星系內的任何不太幸運的,過於接近恆星的「小世界」都會直接被吃掉。禍水甚至會殃及到星系外的行星,因為這顆奄奄一息的恆星痙攣時產生的洶湧滔天的引力波會不斷向四周推移,「好風憑藉力」般助力行星猛衝到它們各自的母恆星中。這命運將會在大約45億年之後降臨到我們的太陽系,這時候太陽將會摧毀水星、金星,然後,極有可能,摧毀地球。

但摧毀一顆行星不是老年恆星的專利。但恆星還年輕的時候,這種情況也會發生。一個太陽系剛建立的時期是格外腥風血雨的一段時期。位於星系中央的原恆星既長溫度,又長密度,還會時不時地鬧一場暴脾氣——向外颳起一場等離子體風暴。

同時,行星們開始圍繞著這顆喜怒無常的恆星旋轉——從一開始星子在小範圍內撞向彼此、打破各自的引力平衡,到為了成為一顆合格的行星而決鬥。自然而然地,一些物質會從星系中噴射出來,也有一些物質流入中央那顆正在形成的恆星中。

【一則關於金屬的故事】

構成行星的物質在流入恆星時,流得有快有慢。有時,重元素形成的穩定的涓涓細流會維持上百萬年不枯竭。這種「作案」類型,不是簡單粗暴地殺死一顆行星,而更像慢慢地榨乾恆星所需要的所有原料,然後構建更多更大的恆星周圍的「小世界」。

有時,行星會一整個的猛衝過去,陷入恆星,轉瞬即逝。

恆星內部極強的能量,以及灼人的溫度,足以片甲不留地摧毀一顆行星。但這不得不假設這顆行星在來到恆星附近時,可以不被它強大的引潮力撕碎。總之,用不了幾年,一顆類地行星就能被完全消化掉了。

恆星殺死一顆行星的唯一留存證據就是,恆星內部會多出來好些金屬——用天文學家的話來說,只要比氦元素重的都是金屬元素——而這些元素,比如矽,氧和碳,都是行星生長所必需的。

(圖解:太陽的在阿爾法望遠鏡中呈現的氫元素。圖源:pixels。)

隨著時間的推移,包圍在恆星外的金屬元素會慢慢地溜進恆星的核心裡,因為這些金屬元素比參與構成恆星大部分的氫和氦重。天文學家們只能通過研究恆星的表面來了解恆星由什麼構成,因為恆星只有表面發光。真正要確定恆星裡層有什么元素,就得藉助恆星的光譜了。所以,只要金屬元素們一陷入恆星深處,就能完美地從天文學家的眼皮子底下溜走,恆星所犯的「罪行」的證據也煙消雲散。

【矛盾】

但是掩蓋這一「罪行」究竟要花多長時間呢?根據金屬元素在恆星內的擴散,早期的估測表明這需要幾十億年甚至更多,這意味著我們能觀測到的任何行星都沒法完全掩飾。

但是發表在《皇家天文學會月刊》(the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的一項新研究,提出了一個不太一樣的觀點。在一個精確測定證據留存時間的實驗中,研究團隊建立了很多恆星模型,並且依據恆星會在何時以及會如何吃掉行星建立了各種各樣的情況。在他們的模擬實驗中,天文學家們解釋了恆星內部的「金屬元素填充物」會導致其密度與周圍不同,這樣金屬元素們就可以被更快地牽拉著沉入恆星內部——比只有引力快得多。

自然地,每顆恆星有每顆恆星自己的答案,因為這取決於恆星有大,以及它吃掉了多少來自行星的物質。但一般來說,恆星一般把這些金屬元素放在自己的表面的時間不超過十億年。

因此,為了找到「恆星殺人案」,天文學家們不得不去捉住一顆沒到十億歲的恆星。同時,他們不可以單單只看一顆恆星,因為我們很難分辨這顆恆星到底是吃了行星還是單純因為自己生來就有過多的金屬元素。所以,天文學家們要把目光放在雙星系統上,在其中一顆恆星就會明顯比另一顆多更多的金屬元素。在這種罕見的情況下——罕見的不到十億歲的雙星系統——天文學家才最終能逮捕到「殺人兇手」。

BY:Paul Sutter

FY:Stella Zhang

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文章來源: https://twgreatdaily.com/610efb663fedfaa4b60cf81cb1f9ebc7.html