銀河系中的大多數(shù)恒星都是單星。但其中有三分之一到一半是雙星。宜居的行星能在這樣的環(huán)境中形成嗎？
新的研究表明，適宜居住的行星可能會(huì)存在于雙星周圍，但它們的形成方式與單星周圍的世界不同。
這項(xiàng)新研究的核心，是一個(gè)距離我們約1000光年的年輕雙星系統(tǒng)。它被命名為“NGC1333-IRAS2A”，是一個(gè)低質(zhì)量的雙星。這對(duì)雙星還很年輕，還在聚集質(zhì)量。它是幾個(gè)關(guān)于原恒星和原恒星盤的研究的焦點(diǎn)，因?yàn)樗€很年輕，還在形成中。
該研究的標(biāo)題是“原恒星的二元性影響圓盤和行星的演化”，發(fā)表在《自然》雜志上。主要作者是哥本哈根大學(xué)尼爾斯玻爾研究所的杰斯·k·約根森（Jes K. J?rgensen）教授。 杰斯·k·約根森教授是幾篇關(guān)于 NGC 1333-IRAS2A 論文的合著者。
這項(xiàng)研究是基于ALMA（阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列）對(duì) NGC 1333-IRAS2A 的觀測(cè)。這些觀測(cè)只是一個(gè)數(shù)百萬年過程的快照。但是根據(jù)這些觀察結(jié)果，以及從對(duì)年輕原恒星的總體研究中獲得的知識(shí)，研究小組創(chuàng)建了雙原恒星的計(jì)算機(jī)模擬，可以在時(shí)間上向后和向前移動(dòng)。
研究表明，雙星周圍的行星形成與像太陽這樣的孤星不同。這是因?yàn)槟贻p恒星形成時(shí)的行為方式。
“這些觀察使我們能夠放大恒星，并研究塵埃和氣體如何向圓盤移動(dòng)。模擬將告訴我們哪些物理學(xué)在起作用，恒星是如何進(jìn)化到我們觀察到的快照的，以及它們未來的進(jìn)化，”該研究的第二作者、尼爾斯玻爾研究所的博士后拉吉卡·L·庫魯維塔（Rajika L. Kuruwita）解釋說。
年輕的原恒星周圍環(huán)繞著由氣體和塵埃組成的原行星盤。在圓盤內(nèi)部，行星主要是通過吸積形成的。在經(jīng)歷了數(shù)百萬年的混亂和碰撞之后，行星結(jié)合在一起并圍繞軌道運(yùn)行。這是一個(gè)高度復(fù)雜的過程，科學(xué)家們正在認(rèn)真研究。像我們這樣的太陽系在一個(gè)方面很簡(jiǎn)單：只有一顆恒星。恒星的質(zhì)量和重力影響著原行星盤的形態(tài)和行為，以及在盤中形成的行星。
但是，在一個(gè)有兩顆原恒星的系統(tǒng)中，就更加復(fù)雜了。
在單星系統(tǒng)中，恒星吸積物質(zhì)更加均勻。雖然吸積量仍有變化，但在只有一個(gè)大質(zhì)量天體的情況下，事情的進(jìn)展更可預(yù)測(cè)。但正如這項(xiàng)研究所顯示的那樣，雙星原恒星在形成時(shí)表現(xiàn)出了很大的不同。恒星的形成過程不是一個(gè)穩(wěn)定的吸積過程，而是周期性的亮度爆發(fā)，因?yàn)楹阈菄@它們共同的質(zhì)量中心運(yùn)行，周期性地吸收大量物質(zhì)。這些斷斷續(xù)續(xù)的吸收事件會(huì)觸發(fā)能量爆發(fā)，從而扭曲圓盤。這對(duì)在恒星周圍的物質(zhì)盤中形成的任何行星都有意義。
上圖：這張圖片是該研究中對(duì)雙星的磁流體動(dòng)力學(xué)模擬的一張截圖。一個(gè)氣體橋(黃色)連接著這一對(duì)，白色的線表示由于一次快速的吸積而產(chǎn)生的物質(zhì)外流。這些強(qiáng)大的爆發(fā)塑造并破壞了行星形成的原行星盤。
“墜落的物質(zhì)將引發(fā)強(qiáng)烈的加熱。熱量會(huì)使恒星比平時(shí)亮得多，“拉吉卡·L·庫魯維塔說?！斑@些爆發(fā)會(huì)將氣體和塵埃盤撕裂。雖然這個(gè)圓盤將再次形成，但爆發(fā)仍然可能影響后來的行星系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。”
上圖：研究中的這張圖顯示了雙星原恒星的一些活動(dòng)。這些恒星圍繞它們共同的重心運(yùn)行，如圖中的黑點(diǎn)所示。當(dāng)其中一顆恒星吸收了大量的物質(zhì)時(shí)，它就會(huì)耀斑并產(chǎn)生流出物。由于原恒星的雙星運(yùn)動(dòng)，流出物不是兩極的。
下落材料增加的事件是周期性的。數(shù)十年或數(shù)百年，每隔一千年左右，物質(zhì)進(jìn)入恒星的運(yùn)動(dòng)變得非常強(qiáng)烈。在這些事件期間，雙星在消退之前會(huì)變亮數(shù)十倍或數(shù)百倍。
上圖：這項(xiàng)研究的MHD模擬顯示了年輕的雙星原恒星的吸積流和爆發(fā)。
NGC 1333-IRAS2A 有點(diǎn)像一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，用來觀察年輕系統(tǒng)的形成。目前還沒有行星，所以現(xiàn)在就斷定這一活動(dòng)對(duì)行星形成有什么影響，或者是否可以在那里形成宜居行星還為時(shí)過早。但其他天體也可能是宜居方程的一部分，研究小組打算使用 ALMA 對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行更多研究，特別是彗星。
眾所周知，太陽系中的彗星會(huì)攜帶著一些構(gòu)成生命的物質(zhì)?？茖W(xué)家已經(jīng)在“67P/丘留莫夫-格拉西緬科（67P/Churyumov-Gerasimenko）”彗星上檢測(cè)到了氨基酸甘氨酸。他們還發(fā)現(xiàn)了氨鹽和脂肪族化合物。這些發(fā)現(xiàn)支持了長(zhǎng)期以來的觀點(diǎn)，即彗星可以在整個(gè)太陽系中傳播生命所需的物質(zhì)。
上圖：2015年7月7日羅塞塔（Rosetta）看到的67P彗星。
杰斯·k·約根森教授表示：“彗星很可能在創(chuàng)造生命進(jìn)化的可能性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。彗星通常含有大量的冰，并含有有機(jī)分子?？梢韵胂螅谛行秦汃さ臅r(shí)期，有機(jī)分子被保存在彗星中，后來的彗星撞擊將把分子帶到行星表面?！?/p>
最近的研究表明，構(gòu)成行星的物質(zhì)可以在太空中的冰冷顆粒上形成。 但在像 NGC 1333-IRAS2A 這樣的系統(tǒng)中，明顯加熱的事件可能會(huì)破壞或改變?cè)撨^程中的化學(xué)反應(yīng)。
“爆炸造成的加熱將觸發(fā)塵埃顆粒及其周圍的冰的蒸發(fā)。這可能會(huì)改變構(gòu)成行星的物質(zhì)的化學(xué)成分，”約根森說。
ALMA 可以探測(cè)到其中一些化學(xué)物質(zhì)，尤其是氣態(tài)的。它可以看到一些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。在這項(xiàng)研究中，作者在原恒星周圍檢測(cè)到了幾種復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。
上圖：研究中的這張圖顯示了在 vall1 附近探測(cè)到的一些分子，vall1 是雙星中的一顆。研究小組在原恒星外殼的溫暖氣體中發(fā)現(xiàn)了它們。
“ALMA 覆蓋的波長(zhǎng)使我們能夠看到相當(dāng)復(fù)雜的有機(jī)分子，因此分子具有 9-12 個(gè)原子并含有碳。這些分子可以成為更復(fù)雜分子的基石，這些分子對(duì)我們所知的生命至關(guān)重要，”約根森說。 “例如，在彗星中發(fā)現(xiàn)的氨基酸?！?/p>
人類將不得不觀察 NGC 1333-IRAS2A 數(shù)百萬年，以了解能形成何種類型的行星。但是，我們不必等待那么長(zhǎng)時(shí)間來了解系統(tǒng)中的一些化學(xué)成分，以及存在什么類型的構(gòu)建塊。詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡、ALMA、即將推出的平方公里陣列 (SKA) 和歐洲超大望遠(yuǎn)鏡 (E-ELT) 將共同合作，來探測(cè)難以捉摸的化學(xué)物質(zhì)。不僅在這個(gè)年輕的雙星原恒星系統(tǒng)中，在其他系統(tǒng)中也是如此。
SKA 還將允許直接觀察大型有機(jī)分子。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在紅外波段工作，這特別適合觀察冰中的分子。最后，我們還有 ALMA，它特別適合觀察氣態(tài)分子。結(jié)合不同的來源，將提供豐富的令人興奮的結(jié)果，
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