在一个已知超过4500颗恒星拥有行星、且许多恒星成对出现的宇宙中,你可能会以为像《星球大战》塔图因那样的双日世界遍地都是。但在已确认的6000多颗系外行星中——大部分由NASA的开普勒太空望远镜和凌星系外行星巡天卫星(TESS)发现——仅有14颗被发现围绕双星运行。根据预期,天文学家认为应该有数百颗,那么它们都去哪儿了?
加州大学伯克利分校和贝鲁特美国大学的研究人员给出了答案,矛头直指爱因斯坦的广义相对论。在双星系统中,两颗质量略有差异的恒星以椭圆轨道相互绕行,围绕它们运行的行星会受到相互竞争的引力拉扯。这导致行星轨道发生进动,而恒星的进动则因潮汐力使它们彼此靠近而被广义相对论效应加速。当这些进动率在共振中同步时,行星轨道就会变得不稳定。
“可能发生两种情况:要么行星极度靠近双星,遭受潮汐瓦解或被其中一颗恒星吞噬;要么其轨道受到显著扰动,最终被逐出系统,”论文第一作者、加州大学伯克利分校米勒博士后研究员穆罕默德·法哈特表示。“无论哪种情况,行星都会消失。”
这并不意味着双星系统没有行星;幸存的行星往往在更远的轨道运行,使得现有凌星探测方法难以发现。“那些地方肯定有行星存在。只是现有仪器很难探测到它们,”合著者、贝鲁特美国大学物理学教授吉哈德·图马补充道。
研究团队在《天体物理学杂志通讯》上报告了他们的发现,揭示了紧密双星周围的行星“荒漠”。开普勒和TESS通过测量凌星期间恒星亮度的下降来探测行星,而开普勒已识别出约3000个食双星系统。鉴于约10%的类太阳恒星拥有大型行星,科学家原本预期会有约300个环双星行星系统。然而,目前仅发现47个候选系统,其中仅14个得到确认。
值得注意的是,这些已确认的行星中,没有一颗围绕轨道周期短于约7天的极紧密双星运行。“环双星行星本就稀少,而在轨道周期7天或更短的双星周围,更是绝对的荒漠,”法哈特指出。双星系统存在一个行星无法保持稳定的不稳定区域,有趣的是,已知的14颗环双星行星中,有12颗恰好运行在该区域外侧,暗示它们形成于更远处并向内迁移。