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最诡异的双星:行星和非恒星几乎不绕对方运行

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

简介:天文学家已经发现了一个距地球约450光年的非常奇怪的双星系统:它的两个成分都不是恒星。其中一颗是褐矮星(被称为"失败的恒星",它由于质量不足无法成为燃烧的恒星,但其质量仍远大于太阳系最大的行星木星。),另一颗是行星。它们具有已知系统中最低的结合能。只需很少的能量输入就可以将它们解开并甩开。

天文学家发现了一个距离地球450光年左右的非常奇怪的双星系统:它的两个组成部分都不是恒星。相反,其中一个是一颗褐矮星,另一个似乎是一颗围绕着它运行的行星!即使如此,这颗褐矮星也是比较低端的东西。如果它的质量再小一点,它本身就是一颗行星。

这个系统被称为CFHTWIR-Oph 98,但我们姑且简称它为Oph 98。几年前,它是在地面观测中被发现的,使用加拿大-法国-夏威夷望远镜的红外WIRCAM相机(因此它的第一部分是天体名称),在银河系的一个恒星诞生的区域,我们看到的是Ophiuchus星座(因此是第二个名称部分)。它在2006年和2012年被观测到,并被确认为褐矮星——一种比行星更巨大但太轻的天体,无法像恒星那样在其核心点燃持续的核聚变。

天文学家在2013年用哈勃再次观测到它,然后在2020年用英国红外望远镜再次观测到它。在这三张望远镜图像中,可以看到一个较暗的物体非常接近主星(较亮的)物体--褐矮星。他们马上怀疑这可能是一个伴星,但如何确定呢?

(CFHT(左)、哈勃(中)和UKIRT(右)观测到的极低质量天体Oph 98 AB(中图所示),很可能是一个褐矮星/行星系统。资料来源:Fontanive等。)

一种方法是在数年内观察它们,并跟踪它们在太空中的运动。如果它们一起运动,它们很可能是连在一起的,但如果它们不连在一起,那微弱的那个很可能是一个背景恒星或星系。这就是为什么我提到了所有这些观测数据和它们的日期。果然, 这两颗星一起在太空中移动, 并且看起来在物理上相互关联. 因此,我们称主星Oph 98为A,副星Oph 98为B(说实话,我认为B应该是b,因为它是一颗行星,但在这种情况下,命名惯例并不明确,因为主星是一颗褐矮星)。

但这很奇怪! 考虑到它们与地球的距离,以及它们在天空中的明显距离,它们肯定至少相距300亿公里。这是一个很长的距离;比海王星离太阳的距离远六倍以上。

新的观测结果让天文学家得到了这两个天体的质量估计,这也是它变得更加有趣的地方。Oph 98 A的质量似乎是木星质量的15倍左右。这是在褐矮星质量范围的最低端。它很可能能够在核心中融合氘(氢的同位素),但不会持续太久。在那之后,它不会产生任何新的能量,只是在接下来,哦,一万亿年左右的时间里冷却下来。

Oph 98 B的质量约为8个木星,所以它的质量在行星质量范围内是相当稳固的。这些数字是根据天体的年龄得出的,天文学家将其标为300万年, 非常年轻。它们的年龄可能在100万至700万年之间 在这种情况下, 它们的质量可能会更高或更低. 所以,原生星有可能实际上是一颗行星,而不是一颗褐矮星。

(一幅相当奇特的艺术作品,展示了褐矮星Oph 98A(左上角)被一个行星质量的伴星环绕。它们之间相隔300亿公里,彼此之间会呈现出点状。资料来源:Thibaut Roger /伯尔尼大学。)

不管是哪种方式,这都是一个质量很低的系统;即使加在一起,它们的质量也远远小于质量最小的真星。这就是为什么这一切会如此奇怪:在至少300亿公里的距离上,它们在引力作用下几乎无法相互依存。它们拥有已知系统中最低的结合能量;只需要很小的能量输入就可以解除它们的结合,并将它们甩开。

这也提出了它们是如何形成的问题。褐矮星的形成方式与恒星类似,由气体和尘埃组成的密集、寒冷的云层会坍塌。这就形成了一个漩涡状的圆盘, 物体在中心形成。但行星是由圆盘形成的,而不是由云层的直接坍塌形成的。

褐矮星的圆盘不可能是这样的. 首先, 褐矮星的圆盘中没有足够的物质来制造一颗质量为木星8倍的行星。另一个原因是, 圆盘太小, 无法在那么远的地方形成一颗行星. 有可能它们是在较近的地方形成的, 二级星被甩出, 也许是与一颗过往的恒星相遇, 但在它们存在的短暂时间内, 这似乎不太可能. 而且, 它们只是在引力的作用下勉强结合在一起, 而一次相遇不太可能给行星提供那么多能量。这是个令人难以接受的巧合。

因此,看起来它们都是由直接的云层塌陷形成的,这是个惊喜。科学家们喜欢惊喜。这意味着我们已经学到了一些东西,而且还有更多的东西要学。

目前已知的极低质量的双星系统屈指可数,但这个系统的结合能是已知的最低的。同样奇怪的是,主星的质量大约是副星的两倍;一般来说,这两个天体往往有相似的质量(这与形成机制有关,它倾向于使质量均衡)。

所有这些都意味着对于像这样的系统还有很多东西需要了解。它们真的很微弱,这就是我们没有看到很多类似系统的原因。这颗星体离我们如此之近,而且如此年轻,这有助于我们更好地了解。这意味着这两个天体在形成过程中热力四射,因此更加明亮。

我们不知道它们到底是如何形成的,但是我们对它们的未来有一个相当的了解。它们作为一对很可能不会持续太久;任何合理距离的恒星经过时都可能会把它们拉开,它们将在剩下的时间里独自围绕银河系运行。

这就是我们银河系中许多天体的命运,包括太阳。但这让我想知道,在黑夜中到底有多少颗流氓行星;我们基本上看不到的寒冷、微弱的物体。银河系中发生了很多事情,而我们现在才开始看到有多少我们没有看到的东西。

By: Phil Plait

FY:Charon

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选文:天文志愿文章组-长庚先生

翻译:天文志愿文章组-Charon

审核:天文志愿文章组-

终审:天文志愿文章组-

排版:天文志愿文章组-零度星系

美观:天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自

https://www./syfywire/the-weirdest-binary-planet-and-not-a-star-barely-orbit-each-other

本文由天文志愿文章组Charon-翻译自Phil Plait的作品,如有相关内容侵权,请于三十日以内联系运营者删除。

注意:所有信息数据庞大,难免出现错误,还请各位读者海涵以及欢迎斧正。

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全文排版:天文在线(零度星系)

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