数学模拟显示岩石行星可以轨道双星

围绕双星的行星形成

在这个亚克力绘画中,犹他大学天体物理学家Ben Bromley设想从一个无人居住的地球状行星绕着一对二元星星的双重日落的看法。

在一项新的研究中,天文学家使用数学分析和模拟来表明,在双星周围形成一颗岩石行星是可能的。到目前为止,美国国家航空航天局开普勒太空望远镜只发现了像这样的气体巨行星土星或者海王星轨道二元星星。

2015年3月30日——在《星球大战》中,卢克·天行者的家是沙漠星球塔图因,因为它围绕两颗恒星运行,所以有两个日落。到目前为止,只发现了围绕这类双星运行的不适宜居住的气体巨行星,许多研究人员认为岩石行星不可能在那里形成。现在,数学模拟显示,像塔图因这样的类地固体行星可能存在,而且可能分布广泛。

犹他大学的天体物理学家Ben Bromley和史密森天体物理观测站的Scott Kenyon得出结论:“塔图因日落可能是常见的。”

他们写道:“我们的主要结果是,在双星附近的一个小区域之外,[岩石或气体巨星]行星的形成过程与围绕单个恒星的过程大致相同。”在我们的场景中,行星围绕双星和围绕单恒星一样普遍。”

该研究已提交给Astrophysical Journal审查。

这项新研究的标题是“围绕双星的行星形成:使塔图因变得简单”,但这篇论文看起来一点也不简单:它充满了数学公式,描述双星如何被星子(小行星大小的岩石聚集在一起形成行星)环绕。

布罗姆利说:“我们花了宝贵的数字时间来证明围绕一对恒星的飞行可以和围绕一颗恒星的飞行一样平稳。”“变得容易”的部分实际上是说,围绕太阳运行的同一配方也将围绕塔图因的主星运行。”

这项研究由NASA的外行星计划资助,是布罗姆利和凯尼恩研究矮行星的副产品冥王星它的主要卫星Charon的行为就像一个双星系统。这两颗卫星都被其他四颗卫星环绕。

“行星的形状就像尘埃兔”

肯扬的天文台是哈佛-史密森天体物理中心的一部分,他说:“从环绕年轻恒星的气体和尘埃漩涡盘中,行星就像你床下的尘埃兔子一样,聚集在一起,形成越来越大的物体。”当行星围绕一个双星形成时,双星会将尘埃兔搅乱,除非它们在正确的轨道上。”

布罗姆利说,科学家们称之为“最圆轨道”,实际上这是一个不太圆的椭圆形轨道,在这个轨道上,整个椭圆形有许多小波浪。

他补充说:“这是涟漪的椭圆形,”这是由两​​颗中心星的循环拖拽引起的。

他说:“十多年来,天体物理学家认为,像地球这样的行星不可能在大多数双星周围形成,至少距离不够近,不足以支持生命。”“问题是星子需要缓慢地融合在一起才能生长。围绕一颗恒星,星子倾向于遵循圆形路径——不交叉的同心圆环。如果星子确实相互靠近,它们可以轻轻地合并在一起。”

但是,如果星子围绕一对恒星运行,“它们的路径会被双星来回的引力弄混,”布罗姆利说。“它们的轨道会变得如此混乱,以至于它们会以高速交叉彼此的路径,注定会发生毁灭性的碰撞,而不是增长。”

布罗姆利说,以前的研究在考虑双星周围的行星形成时是从圆形轨道开始的,而新的研究表明,“行星很小时,自然会寻找这些椭圆形轨道,而不会从圆形轨道开始…如果星子的轨道是椭圆形的,而不是圆形的,那么它们的轨道可以嵌套在一起,不会互相碰撞。他们可以找到行星形成的轨道。”

在他们的研究中,布罗姆利和凯尼恩通过数学和简单的计算机模拟表明,如果双星有椭圆形的“最圆”轨道,那么地球大小的岩石行星可以在双星周围形成。他们没有进行行星形成的模拟,但表明星子可以在没有碰撞的情况下,在围绕双星的同心椭圆形轨道上存活数万年。

“我们说你可以设置舞台来制作这些东西,”Bromley说。“在二进制星周围制作一个地球状行星,因为它在像我们的太阳这样的单个明星周围。所以我们认为Tatooines在宇宙中可能很常见。“

开普勒与世界发现

美国宇航局的开普勒太空望远镜发现了1000多颗围绕其他恒星运行的行星,其中包括一些位于所谓可居住区的岩石行星,这些行星与它们各自运行的恒星之间既不太近也不太热,也不太远也不太冷。

布罗姆利说,到目前为止,开普勒已经发现了七颗围绕双星的可居住带内或附近运行的行星,但它们都是巨大的气态行星。

“到目前为止,开普勒发现的围绕双星运行的行星是更大的、海王星或木星-他说:“大块头的气体巨人。”到目前为止,没有一个像我们的地球或者《星球大战》中的塔图因那样小而多岩石。”

布罗姆利认为,开普勒还没有在双星周围发现类地行星,因为它们与气体巨星相比很小,“所以很难测量。”

尽管开普勒发现了其他距离双星较远的气体巨星,但关于这7颗在宜居带或附近的恒星是如何到达它们现在的位置的,一直存在争论。

新的研究表明,它们可能是由气体和灰尘在原地形成的——布罗姆利说,“其他人都说这是不可能的”。他还对此表示怀疑,因为开普勒发现的双星附近的气体巨星似乎没有足够的气体和尘埃形成。这项研究还表明,气体和尘埃可能是从其他地方移入的,因此气态巨行星可能在现在看到它们的地方形成。

普遍的理论抗拒由开普勒航天器发现的气体巨头必须在冷却器中形成更远,平静的空间,然后通过向内旋转到二元恒星的近距离迁移,尽管围绕二进制对的气体,或者被另一个遥远的气体巨星的重力投掷。

但是布罗姆利说:“一个类似地球的塔图因在适合生命存在的地方形成是没有问题的。”

出版:提交给《天体物理学杂志》

研究报告的PDF副本:双星周围的行星形成:塔图因变得容易

图片来源:Ben Bromley,犹他大学

1评论“数学模拟显示岩石行星可能绕双星运行”

  1. Madanagopal.V.C。|2015年4月5日上午8:05|回复

    如果像木星和土星这样的气态巨星有可能迁移到附近的太阳,那么应该有理由相信它们曾经是小恒星,与我们的太阳形成了一个二元系或三元系。因此,宇宙中充满了双星,可能有三颗或更多的恒星或气态巨星聚集在一起的情况是可能的。它得到的气体量令人困惑,这就产生了这个理论。非常感谢。

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