天文學家已經證實，雙星化學組成的變化源自於其形成的初始階段。最近利用雙子座南望遠鏡進行的研究表明，雙星化學成分的差異是由其誕生雲的原始條件造成的，這對先前的理論提出了挑戰，並表明恆星和行星的形成過程更為複雜。

這幅藝術家的印象圖展示了一對雙巨星。儘管誕生於相同的分子雲，天文學家經常能發現雙星的化學成分和行星系統有差異。圖中顯示，該系統中的一顆恆星上有三顆小型岩石行星，而另一顆恆星上則有兩顆氣體巨行星。一個天文學家小組利用雙子座南的GHOST 衛星首次證實，這些差異可以追溯到恆星誕生時原始分子雲的不均勻性。資料來源：NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)/M.紮馬尼

據估計，多達85% 的恆星存在於雙星系統中，有些雙星系統甚至包含三顆或更多恆星。這些恆星對從同一個分子雲中誕生，共享豐富的化學構件。因此，天文學家希望它們擁有幾乎完全相同的成分和行星系統。然而，事實並非總是如此。雖然有些解釋認為這些差異是恆星進化後發生的事件造成的，但一個天文學家小組首次證實，這些差異實際上可能起源於恆星開始形成之前。

在阿根廷天文、地球和太空科學研究所（ICATE-CONICET）的Carlos Saffe 領導下，研究小組使用了位於智利的雙子座南望遠鏡，該望遠鏡是國際雙子座天文台的一半，由美國國家科學基金會提供部分支持，並由美國國家科學基金會NOIRLab 營運。利用新的、精確的雙子座高解析度光學攝譜儀（GHOST），研究團隊研究了一對巨星發出的不同波長的光或光譜，發現了它們化學組成的顯著差異。

薩菲說：”GHOST極高品質的光譜提供了前所未有的分辨率，使我們能夠以盡可能高的精度測量恆星的恆星參數和化學豐度。這些測量結果顯示，一顆恆星的重元素豐度高於另一顆恆星。

過去的研究為觀測到的雙星之間的化學差異提出了三種可能的解釋。其中兩種涉及恆星演化過程中會發生的過程：原子擴散，或化學元素根據每顆恆星的溫度和表面引力沉降到梯度層；以及小型岩石行星的吞噬，這將在恆星的成分中引入化學變化。

第三種可能的解釋是追溯到恆星形成之初，認為差異源自於分子雲中原始的或預先存在的不均勻區域。簡單來說，如果分子雲中的化學元素分佈不均勻，那麼在分子雲中誕生的恆星就會有不同的成分，這取決於每顆恆星形成時的位置有哪些元素。

迄今為止，研究得出的結論是這三種解釋都有可能；不過，這些研究只關注主序雙星。主序”是恆星存在時間最長的階段，宇宙中大多數恆星都是主序恆星，包括我們的太陽。相反，薩菲和他的團隊觀測到了一顆由兩顆巨星組成的雙星。這些恆星擁有極深的強湍流外層或對流區。

對流區內流體的持續旋轉會使物質難以沉澱成層，這意味著巨星對原子擴散的影響不太敏感–這排除了第一種解釋。厚厚的外層也意味著行星吞噬不會對恆星的成分造成太大的改變，因為攝入的物質會被迅速稀釋–這又排除了第二種解釋。這樣一來，分子雲內部的原始不均勻性就成了確定的解釋。薩菲說：”這是天文學家首次證實雙星之間的差異始於其形成的最初階段。”

“利用GHOST 儀器提供的精確測量能力，雙子座南現在正在收集恆星生命末期的觀測數據，以揭示它們的誕生環境，”國家科學基金會國際雙子座天文台項目主任Martin Still 說。 “這使我們有能力探索恆星形成的條件如何影響它們數百萬年或數十億年的整個存在過程”。

這項研究有三個特別重要的結果。首先，這些結果解釋了為什麼天文學家看到的雙星有如此不同的行星系統。薩菲說：”不同的行星系統可能意味著非常不同的行星–岩石行星、類地行星、冰巨行星、氣巨行星–這些行星以不同的距離圍繞著它們的宿主恆星運行，支持生命的潛力可能非常不同。

其次，這些結果表明，化學成分不同的恆星仍然可能具有相同的起源，從而對化學標記（利用化學成分來識別來自同一環境或恆星苗圃的恆星）的概念提出了嚴峻的挑戰。

最後，需要對以前認為是行星撞擊恆星表面造成的觀測差異進行審查，因為這些差異現在可能被認為是恆星生命一開始就存在的。

薩菲說：”通過首次證明原始差異確實存在並導致了孿生恆星之間的差異，我們表明恆星和行星的形成可能比最初想像的更加複雜。宇宙同樣喜歡多樣性！”

編譯自/ ScitechDaily