人们曾经以为,宇宙中大多数的恒星都是有伴星的,然而近些年来的观测数据却表明,事实并非如此,实际上,在已知的恒星中,有大约60%都是单星。
不过在这些单星中,绝大部分都是那些质量相对较小的红矮星,而随着质量的增加,恒星有伴星的概率也会不断提升,以至于那些大质量的恒星,其有伴星的概率可以达到80%,即使对于像太阳这样的中等质量恒星来讲,其有伴星概率也有50%左右。
为什么会这样呢?一个合理的解释就是,恒星都是诞生于那些原始星云,一颗恒星的质量越大,孕育它的原始星云也越大,在这种情况下,原始星云在形成恒星时,就更可能分裂成两个或多个物质密集区域,进而演化成双星或多星系统。
所以我们有理由怀疑,太阳也可能是有伴星的,或许在很久很久以前,太阳系曾有两个太阳,但后来它们却分开了。但问题是,如果真是这样,那另一个太阳去哪了?实际上,科学家对此也很感兴趣,并且还进行了深入研究。
在研究工作中,科学家使用一个名为AMBRE的大型巡天项目的数据,该项目储存了超过1.7万颗恒星的光谱信息,涵盖了太阳周边很大一片区域。
从理论上来讲,如果太阳真的曾有伴星,那这颗伴星就应该包含在AMBRE数据库之中,毕竟相对宇宙空间的宏大尺度,恒星的运动速度可以说是慢如蜗牛,即使给它几十亿的时间,它也不可能跑得太远。
恒星一旦形成,其化学组成就基本固定下来了,所以如果两颗恒星的化学组成非常接近,就很可能诞生于同一片原始星云,根据这个原理,科学家首先筛选出了55颗金属丰度与太阳非常接近的恒星。
(注:在天文学里,除氢和氦之外,其他的元素都被称为金属)
如此一来,研究对象就大幅缩小了,接下来,科学家对这55颗恒星进行更精细的多元素丰度测量(大约有20多种元素),筛选出了与太阳非常接近的12颗恒星。
下一步就是测量这些恒星的年龄,毕竟太阳伴星(如果真的有)的年龄应该与太阳差不多,通过这一步,科学家进一步把范围缩小到4颗恒星,它们分别是:“HD 52456”、“HD 126829”、“HD 176535”和“HD 186302”。
(这4颗恒星的元素丰度与原子序数关系,轻元素和重元素的平均丰度分别用红色和蓝色方块表示)
那这4颗恒星是不是都可能曾经是太阳的伴星呢?也不一定,科学家还要从它们的运行轨道进行筛选,因为如果太阳真有伴星的话,那这颗伴星与太阳在早期的轨道分布就应该很相近,哪怕经过几十亿年的扰动,其轨道统计特征也可以保留不少的相似性。
这一步主要依赖盖亚卫星第二次数据发布(Gaia DR2)的信息(盖亚卫星可以精确测量恒星在天空中的位置、视差、自行以及径向速度),在经过仔细分析后,科学家最终锁定了“HD 186302”。
(左图为速度分布, 右图为它们距银道面最大高度与平均轨道半径的关系,颜色条表示恒星的轨道偏心率)
可以看到,“HD 186302”通过了科学家一系列的严苛筛选,由于它几乎完美地满足了太阳伴星应该具备的条件,因此这颗恒星目前也被认为是最有可能曾经是太阳伴星的恒星。也就是说,如果太阳系真的曾有两个太阳,那另一个太阳可能就是“HD 186302”。
观测数据表明,“HD 186302”在天空中位于孔雀座,距离我们大约185光年,其质量约为太阳的97%,半径约为太阳的95%,它与太阳一样都是G型黄矮星,不过就目前的情况来看,科学家尚未确定“HD 186302”是否有行星。
参考资料:
The AMBRE project: searching for the closest solar siblings,doi.org/10.1051/0004-6361/201834285