天文学家提供了新的证据,证明所有的恒星都是双生的

2018-05-15

一个非常年轻的双星系统的无线电图像,少于约100万年,形成在Perseus分子云中的密集核心(椭圆形轮廓)内。所有恒星都可能在密集的核心内形成二进制。 (Sarah Sadavoy,CfA的SCUBA-2调查图像)

em通过对最近形成的恒星充满的巨大分子云的无线电测量和可以解释观测的数学模型,天文学家揭示了新的证据,证明所有像太阳一样的恒星都伴随着伴星诞生。 / em

45亿年前,我们的太阳诞生了吗?几乎肯定是的 - 虽然不是一个完全相同的双胞胎。根据加州大学伯克利分校理论物理学家和哈佛大学史密森天体物理观测台的一位无线电天文学家的新分析,宇宙中其他所有类似太阳的恒星都是如此。

许多明星都有同伴,包括我们最近的邻居阿尔法半人马座,三重系统。天文学家一直在寻求解释。二元和三元星系是以这种方式诞生的吗?一颗星是否捕获了另一颗?双星是否有时会分裂并成为单颗星?

天文学家甚至还在寻找我们的太阳的伴侣,一个名为Nemesis的恒星,因为它应该将一颗小行星踢进地球轨道,与我们的星球相撞并消灭恐龙。它从未被发现。

这个新的断言是基于对Perseus星座中最近形成的恒星充满的巨大分子云的广播调查,以及只有当所有像太阳一样的恒星都伴随着伴星而诞生时才能解释Perseus观测的数学模型。

“我们在说,是的,可能很久以前还有一个复仇​​女神,”加州大学伯克利分校天文学家史蒂文斯塔勒说。

“我们运行了一系列统计模型,看看我们是否可以解释Perseus分子云中所有分离的年轻单星和双星的相对数量,唯一可以复制数据的模型是所有恒星初始形成的模型作为宽的二进制文件。这些系统会在一百万年内缩小或分裂。“

在这项研究中,“宽”意味着这两颗恒星被500多个天文单位或AU隔开,其中一个天文单位是太阳和地球之间的平均距离(9300万英里)。与我们今日最遥远的星球海王星相比,我们太阳的广泛二进制伴侣将离太阳17倍。

根据这个模型,太阳的兄弟姐妹很可能会逃离我们银河系星系的所有其他恒星并与之混合,永远不会再被看到。

第一作者,美国宇航局哈勃望远镜天文台天文台的哈勃研究员莎拉萨达沃伊说:“许多恒星与同伴形成的想法之前已经提出过,但问题是:有多少?” “基于我们简单的模型,我们说几乎所有的明星都和同伴一起组成。英仙座云通常被认为是一个典型的低质量恒星形成区域,但我们的模型需要在其他云中进行检查。“

斯塔勒说,所有恒星都生在垃圾堆中的观点有着超越恒星形成的意义,包括星系的起源。

星星出生在'密集的核心'

天文学家们推测数百年来二元和多星系统的起源,并且近年来已经创造了大量气体塌缩的计算机模拟,以了解它们在重力作用下如何凝聚成恒星。他们还模拟了最近从气云中释放出来的许多年轻恒星的相互作用。几年前,波恩大学的Pavel Kroupa进行的这种计算机模拟使得他得出结论:所有的恒星都是以二进制形式出现的。

然而,直接来自观察的证据却很少。由于天文学家关注年轻和年轻的恒星,他们发现了更多的双星,但为什么仍然是一个谜。

斯塔勒说:“这里的关键是,没有人有系统地关注真正的年轻明星与产生它们的云层之间的关系。” “我们的工作在理解双星如何形成以及双星在早期恒星演化中扮演的角色方面向前迈进了一步。我们现在认为,大多数与我们自己的太阳非常相似的恒星形成二进制。我认为迄今为止我们拥有最强有力的证据来证明这种说法。“

据斯塔勒说,天文学家已经知道几十年来,恒星诞生在称为致密核心的蛋形茧内,它们遍布巨大的寒冷分子氢气云层,是年轻恒星的苗圃。通过光学望远镜,这些云看起来像星空中的洞,因为伴随着气体的尘埃阻挡了内部和后面恒星形成的恒星发出的光。然而,可以用射电望远镜探测云层,因为它们中的冷尘粒以这些无线电波长发射,无线电波不会被灰尘阻挡。

英仙座分子云就是这样一个恒星托儿所,距离地球约600光年,长约50光年。去年,一组天文学家完成了一项调查,该调查使用新墨西哥州收集的极大阵列(Very Large Array)来查看云内恒星的形成。称为VANDAM,这是对分子云中所有年轻恒星的首次完整调查,即恒星不到4百万年,包括单星和多星恒星以及约15个天文单位的分离。这样捕获的所有多颗恒星的分离距离超过了我们太阳系中天王星轨道的半径 - 19AU。

Stahler在接近VANDAM团队成员Sadavoy之后听说了这项调查,并要求她帮助观察密实核心内的年轻恒星。 VANDAM调查对所有0级星星进行了人口普查 - 不到50万年前 - 还有I级星星 - 这些年龄在50万到100万年之间。这两种恒星都非常年轻,以致它们还没有燃烧氢气来产生能量。

Sadavoy从VANDAM获得了结果,并将它们与额外的观察结果结合起来,揭示了年轻恒星周围的蛋形茧。这些额外的观测结果来自于夏威夷James Clerk Maxwell望远镜上使用SCUBA-2的古尔德带调查。通过结合这两个数据集,Sadavoy能够对Perseus中的二进制和单星人群进行强大的人口普查,在24个多星系统中发现了55个年轻恒星,除了其中的五个星系外,其余都是二进制的,还有45个单星系统。

使用这些数据,Sadavoy和斯塔勒发现,所有分离的二元系统(星星间隔超过500 AU)都是非常年轻的系统,包含两颗0级星。这些系统也倾向于与卵形致密核心的长轴对齐。年龄稍大一点的I类双星离得更近,许多相隔大约200AU,并且没有显示沿卵轴排列的趋势。

“这从来没有见过或测试过,而且非常有趣,”萨达沃说。 “我们还不完全知道它的含义,但它不是随机的,必须说明二进制文件形成的方式。”

蛋形核心陷入两个中心

Stahler和Sadavoy用数学的方法模拟了各种情景来解释这种恒星的分布,假设典型的形成,分裂和轨道缩短的时间。他们的结论是,解释观测的唯一方法是假设太阳周围所有质量恒星都以卵形致密核心中的0类二元体开始,随后一段时间内约有60%分裂。其余的缩小以形成紧密的双星。

“当鸡蛋收缩时,蛋的最密集部分将朝向中间,并且沿着中轴形成两个浓度的密度,”他说。 “这些密度较高的中心在某些时候会自行崩溃,因为它们的自重会形成0级恒星。”

Stahler补充说:“在我们的图片中,单个低质量,类似太阳的恒星不是原始的。 “他们是二进制文件分裂的结果。 ”

他们的理论意味着,每个致密核心,通常包括一些太阳能质量,将原来的两倍的材料转换成恒星。

斯塔勒说,为了测试双星形成的理论,他一直要求无线电天文学家将密集的核与其嵌入的年轻恒星进行比较20多年。他说,新数据和模型是一个开始,但需要做更多的工作来理解规则背后的物理。

由于现在升级的VLA和智利的ALMA望远镜以及夏威夷的SCUBA-2调查的能力,“这些研究很快就会出现,”最终为我们提供了我们需要的数据和统计数据。这将改变我们对密集核心及其内嵌恒星的理解,“Sadavoy说。

Stahler和Sadavoy在四月份在arXiv服务器上发布了他们的发现。该论文已被接受发表在皇家天文学会月刊中。

论文:嵌入式二进制文件及其密集的内核

资料来源:加州大学伯克利分校罗伯特桑德斯