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为什么双星系统中的恒星没有行星环绕?

时间:2020-03-24 16:24:42 浏览量:
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这个问题是一直困扰天文学家的许多问题之一。

观测发现,至少在银河系中,双星占所有恒星总数的70%,单颗恒星所占的比例不高于25%。在双星周围,一颗行星也没有发现(曾发现有与行星相比超大质量的暗天体围绕双星运行,但这种天体很难称为行星),所发现的行星都在单颗恒星周围。

为什么双星系统中的恒星没有行星环绕?为什么双星系统中的恒星没有行星环绕?

天文学家早就知道,恒星诞生于星际气体云,连同围绕恒星运行的行星,都是由星际气体和尘埃坍缩形成的。上世纪60-70年代,借助电子计算机,天文学家设计出了恒星的诞生模型。在这个模型中,天文学家根据观测和计算,设置了他们认为最合理的计算参数。天文学家原计划,让模型得出在星际气体云中诞生出一颗恒星和若干颗围绕恒星运行的行星的结果。但让他们大吃一惊的是,模型得出的是一对双星,没有围绕恒星运行的行星,一颗也没有。

这个结果显然不合理,因为我们已经存在了,说明星际气体云中一定能诞生出一颗恒星和围绕恒星运行的行星。于是,天文学家修改了模型中的参数。于是,模型中诞生出了单颗恒星,并在这颗恒星周围出现了数量不等的行星。天文学家在松了一口气的同时,也更糊涂了,因为这些参数没有任何理由进行修改。

根据现有的恒星形成理论,当星际气体云受到某种引力扰动时,一定范围内的气体和尘埃物质就会以某个质量集中区为中心开始收缩。并且这种收缩一旦开始,就再也停不下来了,而且收缩过程会越来越快。在星际云收缩的同时,任何微小的侧向运动都会演变为星际云整体的旋转。由于角动量守恒的缘故,旋转速率会随着星际云的收缩而越来越大,使星际云成为中间厚、越往边缘越薄的铁饼形状。此后,模型参数决定了星际云以后的演化。

星际云的大部分质量集中在中心附近,同时,星际云也在角动量作用下整体旋转。如果这时质量与角动量不分离,即质量大的区域角动量也大,那么中心附近的物质在继续集中的同时,旋转速度也会加快。在离心力作用下,中心物质会形成一个超大型的物质环,并将“铁饼”边缘的物质吸引过来(因为离开中心物质环后,角动量减小,离心力也小,而中央物质环的引力相对就大),加入到物质环中。此后,物质环会在相对的两侧各形成一个物质集中点。环上的物质会逐渐集中到这两个物质集中点上,最终形成质量不等的两颗恒星,即一对双星。由于“铁饼”边缘的物质都被吸引到中央物质环中了,外围剩余的物质就不能再形成行星了。银河系中双星占大多数的事实,证明这个模型是正确的。这就是双星中没有行星的原因。

但天文学家为了我们的存在(因为行星必须能形成,否则我们就不能存在了),必须修改模型中的参数。修改参数后,当星际气体云收缩到“铁饼”形状时,发生了质量与角动量的分离。即中心区域集中了星际云绝大部分质量,但星际云绝大部分的角动量却被边缘物质占有。这样一来,中心区域的物质就不会在离心力作用下分离为物质环了,而是完全集中起来,形成一颗中央恒星。外围剩余的物质由于占有了星际云绝大部分的角动量,离心力使它们不能再向中心集中,而是形成围绕中央恒星运行的一个大薄片。由于这个大薄片中角动量差异,在较差转动中,相互之间的摩擦、碰撞等,会形成与中央恒星距离不同的物质环,每个环中都会有一个或几个质量相对密集的区域,并形成物质环中的引力源。环上的物质最终都会向质量密集区集中,最终形成数量不等的行星在围绕中央恒星运行。看来我们的太阳系就是这样形成的。

模型的演示就是如此。但在星际云收缩过程中,质量和角动量的分离是如何发生的?目前还没有人知道。

编辑:时雨
关键词: 双星系统
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