近三分之一的恒星可能包含像地球這樣的行星的殘骸

近年來，天文學家已經開發(fā)出了以極高的精度測量恒星金屬含量的技術。憑借這種能力，天文學家已經檢查了兄弟星，以了解它們的金屬豐度有何不同。其中一些同生星的金屬性存在明顯差異。

新的研究表明，恒星吞噬巖石行星是罪魁禍首。

同生星誕生于同一個巨型分子云 （GMC） 中，盡管它們彼此之間不一定處于二元關系中。預計這些恒星具有非常相似的金屬豐度，盡管沒有 GMC 是完全均勻的，并且在一起形成的恒星中微小的差異很常見。但是當差異明顯時，肯定有其他解釋。

名為”超短周期行星毀滅對類太陽恒星的金屬污染“表明巖石行星是這些差異的根源。作者分別是來自西北大學和康奈爾大學的 Christopher E. O'Connor 和 Dong Lai。該研究在預印本服務器 arxiv.org 上進行，并已提交給 AAS 期刊。

作者寫道：“對同生恒星對（具有共同起源的恒星）之間的化學成分的詳細研究揭示了難熔元素之間出乎意料的巨大豐度差異。

作者將此稱為污染，因為白矮星中發(fā)生了類似的事情。這種污染的來源是富含金屬的巖石行星。

超短周期（USP） 系外行星非常緊密地圍繞它們的恒星運行，通常只需幾個小時即可完成一個軌道。它們的成分與地球相似，并且很少超過兩個地球半徑。他們的起源尚不清楚。它們可能在更遠的地方形成，然后遷移到更靠近它們的恒星的地方，或者它們可能是由于恒星輻射而失去大氣層的更大行星的殘骸。

USP 行星不是很常見。只有大約 0.5% 的類太陽恒星擁有它們。它們非常熱，所以它們的表面被熔化了，它們被潮汐鎖定在恒星上。

雖然不常見，但它們可能會大量形成，然后被它們的星星吞噬。

“短周期系外行星可能容易受到潮汐干擾和被宿主恒星吞噬的影響，”作者寫道。研究表明，3% 到 30% 的同生主序類太陽 （FGK） 恒星已經吞沒了 1 到 10 個地球質量的巖石行星。

這種情況有很多種可能發(fā)生?！靶行窍到y(tǒng)中可能存在多種形式的劇烈動力學演化，每一種都可能將一顆行星注入恒星，”O(jiān)'Connor 和 Lai 寫道。然而，有證據表明，最多只有大約 2% 的單個 FGK 恒星被所有暴力機制共同污染。

天文學家提出了恒星可以吞噬 USP 行星的三種主要情況。

一種稱為高偏心率 （high-e） 遷移。在這種情況下，原始 USP 變得非常接近其恒星并具有很高的偏心率。由于它靠近恒星及其引力，這顆行星迅速失去了偏心率并采用圓形軌道。

第三種情況是傾斜驅動的遷移。在這種情況下，USP 的伴星激發(fā)了 USP 的傾斜度，并將其捕獲在長期自旋軌道共振.USP 迅速向其恒星遷移，但當 USP 逃離共振時，遷移結束。

作者開發(fā)了一個模型來預測形成的 USP 數(shù)量以及它們被吞噬所需的時間。他們的模型可以再現(xiàn)在類太陽恒星周圍觀測到的低 USP 出現(xiàn)率及其受污染的金屬豐度。他們的結果有利于低 e 遷移情景，其中 USP 是緊湊的多行星系統(tǒng)的一部分。

“我們發(fā)現(xiàn) USP 吞噬是低輻射遷移情景的自然結果。因此，USP 與類太陽恒星中被吞沒的巖石行星之間的聯(lián)系似乎是合理的，“他們寫道。

他們的結果表明，USP 在形成后 0.1 到 1 GB 之間會被吞沒。如果這種吞噬是類太陽恒星的主要污染源，那么作者說，污染與緊湊的多行星系統(tǒng)之間存在相關性。

“大約 5-10% 的受污染恒星應該有一個質量 ? 5M⊕周期 ~ 4-12 天的凌日行星，”他們解釋說。

他們還預測了相反的情況：USP 的發(fā)生和污染之間應該存在反相關。

作者指出了有關其結果的一些注意事項。

金屬性污染的特征會隨著時間的推移而消失。金屬可以沉降到恒星中，使信號消失。根據這種方法的效果，這可能意味著我們對有多少恒星被污染的理解是不準確的。這可能意味著超過 30% 的類似太陽的恒星受到污染。

第二個警告是，更猛烈的機制可能會將行星注入它們的恒星。行星間的散射可能會使行星陷入吞噬，尤其是巖石超級地球。然而，作者解釋說，“我們發(fā)現(xiàn)只有 ~ 1% 的恒星會因超級地球的暴力破壞而受到污染，盡管它們作為系外行星無處不在。

他們最后的警告是熱木星（HJs）。這些氣態(tài)巨行星的軌道非?？拷鼈兊暮阈?。天文學家認為，HJ 在其恒星的主序生命周期中被吞噬摧毀。HJ 的發(fā)生率也與類太陽恒星周圍的 USP 相似。問他們是否會導致觀察到的金屬性污染，這是一個公平的問題。

作者說，高偏心率遷移有可能將 HJ 推向恒星吞噬。然而，他們也指出，有充分的理由懷疑這一點?！巴瑯樱煌淌傻?HJ 可能不會產生與巖石行星類似的化學特征：HJ 的質量和塊金屬性差異很大，”他們寫道。HJ 中的所有氫和氦也可以稀釋多余的金屬。此外，HJ 的潮汐破壞可能不會直接導致吞噬。傳質可能會將 HJ 降低為由原始核心和殘余大氣組成的超級地球殘余物。

根據 O'Connor 和 Lai 的說法，在我們了解 HJ 如何導致恒星污染之前，還需要進行更多的研究。

他們的結果還表明，主序星在其主序中只能形成一個 USP，因此只能吞噬一個。在一個緊湊的系統(tǒng)中，只有最內層的行星才能遭受足夠的潮汐衰減，從而成為 USP。

在他們的結論中，作者寫道，承載 USP 的恒星應該具有與銀河系場恒星相似的年齡和運動學，并且應該很少顯示出先前行星吞噬的跡象。他們還得出結論，受污染的 FGK 恒星應該擁有緊湊的多行星系統(tǒng)。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創(chuàng)文章.

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