寻找地外生命的新目标:双星系统的行星或是外星生命的家园

摘要:

近一半的类太阳恒星是双星系统。根据一项新研究,双星周围的行星系统可能与单星周围的行星系统非常不同。这指出了寻找地外生命形式的新目标。

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由于唯一已知的有生命的行星,即地球,是围绕着太阳运行的,因此,对于试图寻找地外生命的天文学家来说,类似大小的恒星周围的行星系统是明显的目标。然而,该类别中几乎每第二颗恒星实际上都是双星,即一对受引力约束并围绕对方运行的恒星。哥本哈根大学的一项新研究结果表明,行星系统在双星周围的形成方式与在太阳等单星周围的形成方式非常不同。

“这一结果令人振奋,因为在未来几年内,寻找地外生命的工作将配备几个新的、极其强大的仪器。这增强了了解行星是如何在不同类型的恒星周围形成的意义。”该项目的负责人、哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的Jes Kristian Jørgensen教授说:“这样的结果可能会确定对探索生命存在特别感兴趣的地方。”

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该项目也有来自中国台湾和美国的天文学家参与,其结果于5月23日发表在著名的《自然》杂志上。

爆发塑造了行星系统

这项新发现是基于智利的ALMA望远镜对一个年轻的双星系统的观测,这个双星系统距离地球约1000光年。这个双星系统被称为NGC 1333-IRAS2A,被一个由气体和尘埃组成的圆盘所包围。观测结果只能为研究人员提供该双星系统演化过程中的一个点的快照。然而,研究小组已经用计算机模拟来补充观察结果,并在时间上向后和向前延伸。

“观测结果使我们能够放大恒星,研究尘埃和气体如何向星盘移动。模拟将告诉我们哪些物理学在起作用,以及这些恒星在我们观察到的快照之前是如何演变的,以及它们未来的演变,”《自然》杂志文章的第二作者、尼尔斯·玻尔研究所的Rajika L. Kuruwita博士后解释说。

值得注意的是,气体和尘埃的运动并不遵循一个连续的模式。在某些时间点上--通常是每一千年中相对短的十到一百年--运动变得非常强烈。双子星变得比原来亮十到一百倍,直到它恢复到正常状态。

据推测,这种循环模式可以用双子星的双重性来解释。这两颗恒星相互环绕,在特定的时间间隔内,它们的联合引力将影响周围的气体和尘埃盘,导致大量的物质向恒星坠落。

“下降的物质将引发显著的加热。热量将使恒星比平时明亮得多,”Rajika L. Kuruwita说,并补充道:“这些爆发将把气体和尘埃盘撕裂。虽然圆盘将再次建立起来,但爆发仍可能影响后来的行星系统的结构。”

彗星携带生命的构件

观察到的恒星系统仍然太年轻,不可能形成行星。研究小组希望在ALMA获得更多的观测时间,从而能够研究行星系统的形成。

不仅是行星,彗星也将成为关注的焦点。“彗星很可能在创造生命进化的可能性方面发挥着关键作用。彗星通常有很高的冰含量,并存在着有机分子。可以很好地想象,在行星贫瘠的年代,有机分子被保存在彗星中,后来彗星的撞击将把这些分子引入行星的表面,”Jes Kristian Jørgensen说。

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在这种情况下,了解爆发的作用是很重要的。“爆发引起的加热将引发尘埃粒子和它们周围的冰的蒸发。 这可能会改变形成行星的材料的化学成分。”

因此,化学是研究范围的一部分。“ALMA所覆盖的波长使我们能够看到相当复杂的有机分子,因此具有9-12个原子并含有碳的分子。这样的分子可以成为更复杂的分子的构件,而这些分子是我们所知的生命的关键。例如,在彗星中已经发现的氨基酸。”

强大的工具加入寻找太空生命的行列

阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)不是一个单一的仪器,而是66个协调运作的望远镜。这使得它的分辨率比单台望远镜所能获得的要好得多。

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很快,新的詹姆斯-韦伯太空望远镜(JWST)将加入寻找地外生命的行列。在本十年接近尾声时,JWST将得到欧洲极大望远镜(ELT)和极其强大的平方公里阵列(SKA)的补充,两者都计划于2027年开始观测。欧洲极大望远镜将以其39米的镜面成为世界上最大的光学望远镜,并将准备好观测系外行星的大气状况。SKA将由南非和澳大利亚的数千台望远镜协调工作组成,其波长将比ALMA更长。

“SKA将允许直接观测大型有机分子。詹姆斯-韦伯太空望远镜在红外线下工作,这特别适合观察冰中的分子。最后,我们继续拥有ALMA,它特别适合观测气体形式的分子。”Jes Kristian Jørgensen总结说:“将不同的来源结合起来将提供大量令人兴奋的结果。”

关于双星系统NGC 1333-IRAS2A研究的科学文章于5月23日发表在《自然》杂志上。

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