天文學家發現年輕的大雙星系統恆星在出生後的一百萬年內會彼此接近


大多數質量恆星成對出現,並且兩顆恆星圍繞共同的質心運行。但是,我們尚不知道這種雙星系統是如何形成的。來自德國海德堡馬克斯·普朗克天文學研究所(Max Planck Institute for Astronomy)的瑪麗亞·克勞迪婭·拉米雷斯-塔努斯(María Claudia Ramírez-Tannus)博士領導的一組天文學家發現證據顯示,大質量恆星在寬濶的軌道上形成,並迅速縮小,並且兩顆恆星在出生後彼此接近。研究人員從大質量恆星的速度擴散轉移到恆星團越老的較大值推斷出這一點。他們將這種效應歸納出原因在於大質量雙星的恆星軌道半徑的減小。

恆星通常在氣體和塵埃雲中成簇地形成。它們中相對較小的質量是太陽質量的八倍以上,因此認為是質量大的。由於仍然未知的原因,它們經常形成雙星系統,每顆恆星之間的間隔很小。拉米雷斯-塔努斯博士團隊現發現,大質量恆星的速度彌散度隨著它們所屬星團的年齡而迅速增加。

在理想情況下,這種效應稱為角動量守恆。該法則指出,當質量移動到圓周運動的中心時,轉速會增加。例如,在花樣滑冰運動員迴旋期間,我們看到了這一點,他們將手臂伸到身體上以加快旋轉速度。儘管雙星不完全遵守這個定律,但從質的角度來說,這種類比仍然是正確的。

近年來,研究小組觀察到了幾個年輕的恆星形成區域。他們測量了單個大質量恆星的速度,並確定了它們的光度和表面溫度。為此,他們使用了安裝在智利阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert)中間的歐洲南方天文台的甚大型望遠鏡上的各種光譜儀。這些儀器像棱鏡一樣,將光分成其顏色成分,物理學家稱之為光譜。光譜儀捕獲了恆星大氣中化學元素的光譜線,甚至注意到了最小的波長偏移。利用這種能力,研究小組現在已經得出了恆星沿著視線運動的速度,即所謂的徑向速度。他們還用先前發佈的結果補充了數據集。

拉米雷斯-塔努斯解釋說:「我們的結果顯示,大量的雙星恆星最初是在大軌道上形成的,並在短時間內發展成為緊密的雙星系統。這個重要發現,有助於縮小形成機制的模型。”確實,年齡較大的星團中的大質量雙星往往具有緊密的軌道,它的軌道周期介於幾天和幾週之間。」

為了了解導致恆星更靠近的原因,科學家提出了兩種情況。恆星由巨大的氣體和塵埃雲中的密集凝結形成。在恆星形成過程中,旋轉使凝結變平而形成星盤,而恆星則出現在中心。如果已經有大量的雙星恆星成對形成,那麼它們的軌道將遍佈剩餘的星盤。星盤材料的摩擦會導致軌道縮小,軌道速度增加。

第二種機制發生在具有第三顆低質量恆星的系統中。它的重力將更大的同伴轉移到橢圓軌道上,隨著時間的流逝,橢圓軌道趨近於較小的圓形軌跡。減小的軌道半徑再次導致更高的速度。在某些情況下,低質量恆星從系統中彈出。

恆星在星團中的隨機運動導致速度範圍狹窄,導致每秒僅分散幾公里。但是,如果星團中有足夠近的大質量雙星,它們的快速軌道速度會將散轉移到更高的值。

通過光譜測量恆星的光度和表面溫度建立了與星團年齡的聯繫。根據質量,恆星具有光度和溫度的特徵性組合,並隨年齡而變化。因此,通過測量恆星的恆星特性,天文學家可以確定星團的年齡。

通過合併這些結果,拉米雷斯-坦努斯團隊發現星團中大質量恆星的速度散佈與其年齡之間的相關性,這表示散佈在幾百萬年內迅速增加。天文學家得出結論,雙星的軌道速度增加,這表明軌道相應變小。

總的來說,研究顯示出一個明顯的趨勢,即最小的軌道周期在約160萬年內從幾個月減少到幾天。拉米雷斯-塔努斯指出:儘管個別測量存在較大的不確定性,但趨勢很明顯。雖然確定的時間尺度還不是很準確,但我們可以得出結論,按照天文學標準,大質量雙星的軌道會迅速縮小。

【圖、文:節譯自馬克斯·普朗克天文學研究所2021年1月21日新聞公佈】

發表評論

Verified by MonsterInsights