即使是垂死的恒星也能孕育出全新的行星

当年轻的恒星从一团氢分子云中凝聚出来时，一个被称为原行星盘的剩余物质盘围绕着它们。这个圆盘是行星形成的地方，天文学家在观察这些隐蔽的环境和观察胚胎世界的形成方面做得越来越好。但年轻的恒星并不是唯一围绕它们旋转原材料盘的恒星。

一些古老的垂死恒星也有圆盘。在这些条件下能否形成第二代行星？

行星在恒星形成之后形成，但不久之后。在我们的太阳系中，太阳大约在 46 亿年前形成，地球大约在 45 亿年前形成。地球的命运与太阳的命运交织在一起。

当太阳膨胀成红巨星时，它会将物质层排入太空，最终膨胀到足以摧毁地球和其他内行星。木星和外行星会幸存下来，但它们很可能会在剩余的生命中围绕太阳的残余物白矮星运行。

在这种情况下，白矮星周围不会形成新的行星。

但是我们的太阳是相对稀有的。许多恒星以双星对存在。双星年龄相同，但质量不同。由于恒星的初始质量决定了它的未来，因此双星对中的恒星具有不同的寿命。

如果其中一颗恒星的质量与我们的太阳相似，它就会变成一颗红巨星，并在死亡时将物质排出太空。如果恒星有双星伴侣，所有这些材料会发生什么？

这是一项新的研究出现的地方。它的标题是“围绕演化恒星的过渡盘群：行星的指纹”。第一作者是鲁汶大学天文学家雅克·克鲁斯卡。天文学与天体物理学杂志发表了这篇论文。

第二颗恒星的引力可以使垂死恒星喷出的物质形成一个新的旋转盘，与恒星年轻时的原行星盘非常相似。

天文学家已经知道这可能会发生。新的证据是第二代行星可以在圆盘中形成。根据这项新研究，在这种情况下，大约 10% 的双星正在形成新世界。

第一作者克鲁斯卡在新闻稿中说： “在我们研究的有 10% 的带有圆盘的进化双星中，我们在圆盘中看到了一个大空腔。” “这表明有东西漂浮在那里，收集了空腔区域的所有物质。”

在这些圆盘中可能只有一种东西可以形成：行星。对垂死恒星的观察增强了该物体是行星的可能性。

“在盘中具有大空腔的演化双星中，我们看到垂死恒星表面上的铁等重元素非常稀少，”克鲁斯卡说。“这一观察导致人们怀疑富含这些元素的尘埃颗粒被行星捕获。”

天文学家还不确定这些是否是行星，但证据很有趣。如果事实证明第二代世界正在以这种方式形成，那将是一个重大发现。这意味着我们的行星形成理论，称为 星云假说，是正确的，但还远远不够。

KU Leuven 天文学研究所所长 Hans Van Winckel 教授表示：“对这种非凡的行星形成方式的确认或反驳将是对当前理论的前所未有的考验。”

（N.斯泰基）

上图： 正在形成第二代行星的双星系统示意图。

这些圆盘只能在某些情况下和某些类型的恒星中形成。它需要后渐近巨星（后 AGB）。后 AGB 恒星是处于恒星演化阶段的凉爽、明亮的恒星，像我们的太阳这样的恒星正在经历。后 AGB 恒星的质量范围约为 0.8 到 5 个太阳质量。

后 AGB 恒星已经耗尽了氢的供应。恒星的核心主要是惰性碳和氧，但它的外层膨胀和冷却。这颗恒星变成了红巨星。然后恒星核心的温度变化触发氦聚变。

聚变延迟了恒星的冷却和膨胀一段时间，但最终，氦也耗尽了。然后继续冷却和膨胀。

明星还没完。它经历了一些热脉冲并融合了更多的氢，并经历了一些氦闪。

但是这颗恒星通过将其释放到太空中已经失去了很多质量。如果它有一个二元伙伴，那么材料就不会走得太远。双星对将有一个重心，喷出的物质将围绕中心形成一个环绕双星盘。

这并不总是发生。双星演化的一个常见且戏剧性的螺旋式阶段会导致伙伴恒星从垂死的恒星中吸积物质。但由于天文学家尚不了解的某种原因，可以形成一个环绕双星盘。这就是本研究中 10% 的二进制文件中发生的情况。

这些后 AGB 磁盘不会持续很长时间，仅在 10,000 到 100,000 年之间。这么长的时间足以形成一个巨大的行星吗？

天文学家过去并不这么认为。但 最近的研究 表明，行星只能在 10 万年内形成。2018 年的一项研究检查了圆盘中的间隙，并说“……如果行星确实在雕刻这些间隙，那么土星质量的行星必须在原行星盘寿命的前 0.5 Myr 内形成。”

但这项研究的作者表示，即使圆盘中的空腔来自一颗行星，那颗行星也不一定是第二代行星。

“然而，如果过渡盘是由一颗行星产生的，那似乎更合理的是，它将是在二元相互作用阶段幸存下来的第一代行星，”他们写道。“事实上，尽管探测到的数量相对较少，但环绕双星的行星似乎与围绕单颗恒星的行星一样频繁。”

这一结论也符合系统中垂死恒星的一些观测特性。正如主要作者 Jacques Kluska指出的那样，“……我们看到，在垂死恒星的表面，铁等重元素非常稀少。”

铁怎么了？幸存的第一代行星可以吸积它，但前提是它是一颗巨大的行星。“如果这样的行星从一开始就存在于圆盘中，它将有效地耗尽内盘的难熔材料，并产生在恒星表面观察到的耗尽模式，”作者在他们的论文中写道。

天文学家已经知道可能形成次要行星的双星系统。它被称为 NN Serpentis，许多研究人员在那里发现了行星。

“这些行星是在这样的第二代圆盘中形成的候选者，”克鲁斯卡和他的合著者写道。“如果行星情景得到证实，这些圆盘将成为研究第二代行星形成的有希望的地点，因此，在前所未有的参数空间中，行星形成情景。”

作者打算研究显示空腔的十个磁盘。他们计划使用欧洲南方天文台在智利的大型望远镜更仔细地研究它们。