行星系统有多稳定?地球和它的七个兄弟会永远在它们稳定的天体轨道上继续前进，还是有一天我们会被随机地逐出我们的宇宙家园?
物理学家知道支配两个天体轨道的规则，但一旦加上第三个天体(更不用说第四个、第五个或第一百个了)，动力学就变得复杂得多。不可预测的不稳定性出现了，在这种情况下，一个物体可能被随机地弹射到太空中，或者落入它的主星。
几个世纪以来，所谓的“三体问题”一直困扰着科学家们(最近，它成为了一系列畅销科幻小说和Netflix新改编的前提)。理解它的一个障碍是，我们对这种灾难性不稳定的出现有多普遍知之甚少。
在《自然》杂志上发表的一项新研究中，我们和同事们对这个问题有所了解。在对附近恒星的调查中，我们发现多达十二分之一的恒星对可能吞噬了一颗行星，可能是因为这颗行星在其轨道上产生了“摆动”并落入了恒星中。
我们的研究发现，在我们的样本中，至少有8%的恒星对显示出化学异常，表明其中一颗恒星吞没了曾经围绕它运行的行星物质。
为了探测到这种微妙的信号，我们不得不排除对这些化学模式的其他可能解释。所以我们把重点放在“双星”上，已知它们是在同一时间从相同的材料混合中诞生的。
这种方法可以消除混淆因素，就像对双胞胎的研究有时被用于社会学或医学研究一样。
这一结果来自于一项名为C3PO的双星调查，该调查是作者之一(Ting)在美国发起的，后来刘和其他人也加入了这项调查。
我们的团队从91对双星中收集了精美的光谱数据样本，比过去进行的类似研究要大很多倍。
我们发现一些恒星与它们的双胞胎不同，表现出一种独特的化学模式，与其他元素(如碳和氧)相比，铁、镍和钛等元素的含量更高。这些差异有力地证明了这颗恒星吞噬了一颗行星。
如果一颗主星吞没了一个或多个行星系统的成员，这表明该系统的动力学一定发生了一些不稳定。
模拟表明，这种不稳定性在行星系统的早期生命——最初的1亿年左右——可能很常见。然而，在我们观测到的数十亿年前的恒星中，任何早期被吞没的行星痕迹都是无法探测到的。
这表明我们看到的化学异常是由最近的不稳定造成的，导致恒星消耗了一些行星或行星物质。
这一发现并非完全出乎意料。研究行星动力学的理论家，包括我们的合著者伯特伦·比奇(Bertram Bitsch)，已经注意到，许多行星系统都是不稳定的，尤其是那些拥有一种被称为“超级地球”的行星的系统——比地球稍大一些，但比木星这样的巨行星小得多。
包括超级地球行星在内的星系可能特别不稳定。主星和它的大质量行星之间的引力拉锯战可能会产生不稳定。
我们的研究鼓励我们重新考虑我们在宇宙中的位置。虽然我们认为太阳系的稳定性是理所当然的，但这在整个宇宙中可能并不正常。
我们的研究并不表明我们可能会在太阳系中看到这样的不稳定性。然而，即使有了我们的新结果，重要的是要认识到，行星吞没和不稳定仍然只发生在少数情况下。
我们希望我们的研究能激励更多的人研究行星系统以及它们与宿主恒星的关系。我们对多体系统动力学的理解仍然很不完整。
随着我们继续探索宇宙的奥秘，这样的研究提醒我们，地球上生命赖以生存的微妙平衡，以及我们宇宙家园的潜在脆弱性。
更多信息:Fan Liu等人，至少有十二分之一的恒星显示出行星吞噬的证据，Nature(2024)。DOI: 10.1038 / s41586 - 024 - 07091 - y
由The Conversation提供
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引自:行星同类相食很常见，宇宙“双胞胎研究”(2024年3月23日)于2024年3月23日从https://phys.org/news/2024-03-planet-cannibalism-common-cosmic-twin.html检索到
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