研究預測經過數十億年的和諧運行 遙遠的恆星系統將在混亂中結束

據媒體New Atlas報導,一個天文學家小組利用計算機建模揭示了一個遙遠的恆星系統的混亂命運,在這個系統中,行星的軌道幾乎完全同步。這項研究還揭示了貫穿我們銀河系的古老白矮星是如何被宇宙碎片污染的。

研究預測經過數十億年的和諧運行 遙遠的恆星系統將在混亂中結束

HR 8799恆星系統位於距離地球1.35億光年的飛馬座。在這個系統的中心,有一顆3000-4000萬年的A型恆星,圍繞著它運行的是一對碎片場和四顆大質量的行星,每顆行星的大小都超過木星的五倍。

在數百萬年的時間里,母星和每顆行星的引力影響導致這四個外星世界落入一種被稱為共振的微妙的同步軌道模式。

在HR 8799中,從恆星出來的第三顆行星在最外層行星完成一個軌道的時間內完成了兩個完整的軌道。隨著我們離恆星越來越近,這種模式還在繼續,離恆星最近的第二顆行星完成了四個軌道,最里面的世界在最外面的行星完成一個軌道的時間里完成了八個軌道。換句話說,每個連續的世界完成的軌道是其外部鄰居的兩倍。

來自英國埃克塞特大學和華威大學的一個科學家小組著手確定這個不尋常的系統的最終命運,並看看什麼因素最終會擾亂其獨特的軌道共振模式。

為此,該小組創建了一個HR 8799的高級計算機模型。該模擬考慮了五個主要恆星系統天體的引力影響,以及對恆星系統中的行星施加影響的通常的外部引力,包括銀河系的潮汐和其他恆星天體的近距離通過。

研究小組得出結論,這種共振可能會在未來30億年內持續下去,而且外部影響很少強大到足以打破恆星系統行星的軌道共振。然而,數據還顯示,當母星用盡其內部的氫氣供應,開始轉變為一個巨大的紅巨星的過程時,這種共振肯定會結束。

在這個過程中,恆星拋出了大量的質量,這改變了它的引力特性,使周圍的系統陷入混亂。在這一點上,周圍行星的軌道將開始轉變,因為它們對不斷變化的恆星作出反應,而且隨著共振的打破,它們鄰近世界的引力影響也開始轉變。

「它們是如此之大,彼此如此之近,現在讓它們保持這種完美節奏的唯一原因是它們的軌道位置,」這項新研究的主要作者、華威大學的Dimitri Veras博士解釋說。「所有四個都在這個鏈條上連接著。一旦恆星失去質量,它們的位置就會偏離,然後其中兩個就會相互分散,在所有四個恆星中造成連鎖反應。」

根據計算機建模,這個混亂的過程通常會導致其中兩顆行星被完全拋出系統。剩下的兩顆行星隨後可能會在距離新轉化的紅星1AU到數千AU的任何地方穩定下來。

模擬結果也有助於解釋為什麼天文學家在白矮星的光信號中觀察到了意想不到的碎片,白矮星是紅巨星的後期演變。根據研究作者的說法,行星的混亂運動很可能會使物質從碎片環上移開,導致其向內翻滾,隨後被吸收。

這篇論文已經發表在《皇家天文學會月報》上。

來源:cnBeta