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探索宇宙奧秘 · 理性思考
這項發表于《自然·通訊》的研究揭示了一個罕見的"3+1"型四重系統。三顆恒星緊密抱團,第四顆在外圍繞行,整個系統的空間尺度與太陽系木星軌道相當。
此前人類僅發現兩個同類系統,且都遠沒這么緊湊。TIC 120362137打破了密度紀錄。研究者形容,這相當于把四個太陽塞進木星的運行軌道,其擁擠程度令人咋舌。
幸運之處在于該系統的亮度足夠高。研究團隊結合TESS衛星數據和地基光譜觀測,首次實現了對"3+1"型系統的直接光譜探測。此前這類系統只能通過光變曲線推測,這次他們直接測出了四顆恒星的質量、溫度和軌道參數。
數據顯示,內部三顆恒星比太陽更熱更重,軌道周期從幾天到51天不等。外圍那顆類似太陽,需1046天才能完成一周公轉。
系統的軌道傾角極為扁平,四顆星幾乎在同一平面上跳舞。這個細節泄露了它的身世。
研究者認為,這種扁平性很可能是原生的,源于同一片原行星盤的連續碎裂。四顆星從同一盤狀結構中誕生,經過盤驅動的遷移,才形成今天這般緊湊的格局。
這種" sequential fragmentation"(連續碎裂)機制,偏愛形成質量相近的多星組件。系統當前處于穩定狀態,四顆星將在主序星階段和平共處。但模擬預測,數十億年后內部三顆星可能合并,最終坍縮成白矮星雙星系統。
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多恒星系統在宇宙中并不罕見。銀河系約半數恒星處于雙星或多星環境,但四重系統屬于稀有品種。"2+2"型(兩對雙星互繞)相對常見,"3+1"型卻極難探測。
difficulty在于幾何條件苛刻。外圍恒星必須恰好從地球視角穿過內部系統的光變區域,才能被TESS這類巡天望遠鏡捕捉。研究者坦承,類似緊湊系統可能大量存在,只是等待偶然的幾何對齊。
此次突破標志著恒星動力學進入"直接成像"時代。光譜觀測能精確測定視向速度,結合光度數據,科學家首次完整還原了四體系統的三維軌道力學。
不過,在"3+1"型系統的直接觀測方面,中國仍依賴國際大設備。國內正在建設的大型光學紅外望遠鏡,如中國空間站巡天望遠鏡(CSST)和冷湖基地的多種口徑望遠鏡,將顯著提升中國在該領域的自主觀測能力。
宇宙似乎偏愛復雜。當我們仰望星空時,看到的"單星"可能實為緊密舞動的多體系統。TIC 120362137的發現提醒我們,太陽系這種孤家寡人的恒星,在宇宙中反而可能是少數派。
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