行星使确定恒星的年龄变得更加困难

估计恒星年龄一直是天文学家面临的挑战。 现在,某类系外行星使这一过程变得更加复杂。 根据一项新的研究,热木星——轨道周期小于水星的气态巨行星——似乎对它们的恒星有抗衰老作用。 学习. 这些巨大的行星对它们的主星造成了磁场和潮汐干扰,加速了恒星的自转并导致它们发射出更有活力的 X 射线,这两者都是恒星年轻的标志。 这一结果对我们之前对恒星年龄的一些看法提出了质疑,并让我们得以一窥恒星与行星形成后很久之间持续的相互联系。

在不考虑行星干扰的情况下,确定一颗恒星的年龄本身就足够困难了。 我们对自己太阳的年龄很有信心, close 足以对太阳系形成的地质遗迹进行采样,但对于其他恒星,我们最好的猜测是估计,而不是确切的日期。 我们知道某些恒星类型会根据它们的质量在生命的不同阶段经历不同的阶段(这就是我们知道参宿四将在未来 100,000 年内成为超新星的方式,无论给予还是接受)。 如果你有一整群不同类型的恒星,你可以使用它们的颜色和亮度在赫兹斯普林-罗素图上绘制它们各自的生命阶段,并集体估计星团中所有恒星的年龄。 该方法并不完全准确,但总比没有好。

Hertzsprung-Russell 图显示了不同恒星类型的相位。 信用:ESO。

如果您想知道单个恒星的年龄,事情会变得更加复杂。 我们确实知道年轻的恒星旋转速度很快,随着年龄的增长会减慢速度。 这是与年轻恒星约会的有用工具,但对年长的恒星不太有用,它们有时会在余生中保持静止的旋转速度。 与年长的同龄人相比,年轻的恒星也更容易发生耀斑和 X 射线发射。 这两个指标都没有提供完美的约会方法,但可以提供可行的估计。


立即删除 Universe 上的所有广告

只需 3 美元即可加入我们的 Patreon!

获得终生无广告体验

现在看来,系外行星可能会在工作中投入另一个扳手。

当热木星被发现时(第一颗是在 1995 年发现的),天文学家注意到在某些情况下,它们所环绕的恒星看起来比预期的要年轻。 但由于我们的恒星测年方法非常不准确,很难判断这是否是由行星引起的真正的衰老效应,或者所讨论的恒星是否刚开始还很年轻。

在一个 最近被皇家天文学会月报接受,莱布尼茨波茨坦天体物理研究所(AIP)的一个团队找到了解决这个问题的方法。 解决方案是研究双星系统,其中一颗恒星拥有热木星,而另一颗则没有。 双星通常彼此年龄相同,因此可以比较它们以确定减龄效果是否真实。

“这几乎就像在一项研究中使用双胞胎,其中一个双胞胎住在一个完全不同的社区,这会影响他们的健康。 通过将一颗恒星与附近行星与没有一颗行星的孪生行星进行比较,我们可以研究同龄恒星的行为差异,”AIP 恒星物理和系外行星部门负责人 Katja Poppenhäger 说。

这项由博士生 Nikoleta Ilic 领导的研究使用来自钱德拉 X 射线天文台和欧空局 XMM-牛顿天文台的数据来检查 16 个双星系统,其中一颗恒星有一颗热木星。 研究结果证实,确实,附近有大质量行星的恒星确实看起来比无人陪伴的双胞胎年轻。

行星使确定恒星的年龄变得更加困难 1
两个系统的钱德拉数据,其中一颗恒星被热木星(HD189733 和 WASP-77)环绕。 拥有热木星的恒星显然比它们的伴星更亮,包括在 WASP-77 中没有检测到伴星。 图片来源:NASA/CXC/Potsdam Univ./N。 伊利奇等人。

这种减龄相互作用的关键是热木星的轨道周期必须比恒星的自转周期快。 在这些情况下,行星通过潮汐力将一些角动量传递给恒星,导致行星加速并启动更高水平的 X 射线发射。

作者还考虑了 X 射线发射的增加是否是由磁场而非潮汐力引起的——毕竟,像木星这样的行星往往具有强大的磁场。 但是,除了 X 射线活动增加之外,恒星旋转得更快这一事实表明,退老化过程的来源是引力源,即潮汐源,而不是磁源。

研究结果表明,恒星老化比我们以前理解的要复杂得多,而且行星——尤其是大质量、快速移动的行星——可以塑造它们宿主恒星的生命周期。

但是类地行星呢? 他们是否也让他们的太阳变老? 答案似乎是否定的。 事实上,在这项研究中,拥有遥远小行星的恒星实际​​上似乎比它们的双胞胎更暗、更平静(因此可能更老)。 但当更仔细地研究时,这被确定为侥幸,解释为这些恒星恰好是 F/G 型恒星,与它们的 M 型双胞胎相比,它们的生命周期达到了不同的、更平静的阶段,这需要更长的时间才能达到一个相对平静的阶段。 长话短说,小行星对其恒星的年龄没有太大影响。 只有大的才会这样做,即使那样,只有当它们非常绕轨道运行时 close 这个故事的寓意是,如果你是一个明星,并且你想保持年轻,拥有一颗热木星的陪伴会很有帮助。 没有什么会做的。

在此处阅读论文:Nikoleta Ilic、Katja Poppenhaeger、S. Marzieh Hosseini。 “潮汐星-行星相互作用及其对行星托管宽双星系统中恒星活动的观察影响。” ArXiv 预印本。

新闻稿: ”美国宇航局的钱德拉:行星可以成为恒星的抗衰老配方。”

特色图片:艺术家的插图显示热木星(右下)紧密围绕其主星(左)运行,远处还有另一颗恒星(右上)。 这两颗恒星本身就在彼此的轨道上。 图片来源:NASA/CXC/M.Weiss。 X 射线:NASA/CXC/Potsdam Univ./N. 伊利奇等人。