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恒星死亡后系统内行星命运如“宇宙弹珠”

弹珠台(Pinball)是1934年发明的一种投币式游戏,里面的小球在各种障碍物之间、在引力的作用下运行路径充满了随机性,令玩家着迷。

恒星死亡后系统内行星命运如“宇宙弹珠”最近一份研究模拟了距离地球仅135光年的一个恒星系统未来的演化情况,发现当里面的恒星死亡变成白矮星后,系统内原本很有规律运行的四大行星的运动路径,将像弹珠台游戏里面的弹珠那样,也充满了不确定性。天文学家研究星体的演化,有的模拟从恒星的诞生如何发展成为一个丰富的恒星系统;有的通过模拟恒星死亡后系统的发展,从而推测现在所看到的白矮星以前的历史。这份研究就是后者,以考察白矮星系统以前可能经历的情况。这份由英国华威大学(University of Warwick)和艾希特大学(University of Exeter)的研究挑选了HR 8799恒星系统,因为它里面四大行星的轨道到令人称奇,所以天文学家很好奇在未来恒星死亡之后,这些行星的“命运”将会怎样。恒星死亡后系统内行星命运如“宇宙弹珠”这个系统里的恒星是一颗年龄大约在3000万~4000万年间的A类恒星。四颗异常大的行星绕着它运转。每颗行星的质量都是木星的五倍以上,而且它们绕行恒星的轨道距离很近。这个系统里还有两个尘埃盘,一个在最内围行星轨道的里面,另一个在最外围行星轨道的外面。令人称奇的是,这四颗行星轨道周期互相之间都是完美的2倍之差。也就是说,当最外围行星绕行恒星一周的时候,在它里面的第二颗恒星正好绕行了2周,再往里面的第三颗行星正好绕行了4周,而最里面的行星正好绕行了8周。研究估计,尽管处于银河系潮汐力的作用和偶尔路过该系统的外来恒星的影响,这个系统在未来30亿年里仍然可以维持这个状态。可是,一旦恒星进入红巨星阶段这个系统完美的平衡就将不复存在。接下来这颗恒星的体积将膨胀到原来的几百倍,并且脱掉一层外壳,质量只剩原来的一半,最后成为一颗白矮星。恒星死亡后系统内行星命运如“宇宙弹珠”模拟结果显示,任何一个因素、即使再小的因素的变化,都会导致每颗行星最终的位置彻底不一样。研究负责人华威大学物理系的维拉斯(Dimitri Veras)说:“这些行星的命运将在引力的相互影响下充满了各种的可能性。在一种情况下,最里面的那颗行星将被弹出这个系统;另一种情况下,则是在第三个轨道上的行星被弹离系统;又或者是位于第二个和第四个轨道上的行星互相交换它们所处的位置。任何一个因素的细微变化,都会衍生出各种可能情形的组合。”虽然这些行星未来的位置有这么多不确定的可能性,但是研究者认为唯一确定的情形是:这些行星在移动的过程中,都会把那两个尘埃盘内的物质挑起来丢进恒星的大气之内。这种物质正是当今天文学家在研究白矮星系统历史的重要线索。“这些行星在白矮星周围的不同位置移动,很容易就会把所经之处的尘埃踢到白矮星的上面,从而污染了白矮星。”维拉斯说。这份研究5月14日发表于《天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。

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