天文学家发现年轻的大双星系统恒星在出生后的100万年内会彼此接近

大多数质量恒星成对出现，并且两颗恒星围绕共同的质心运行。 但是，我们尚不知道这种双星系统是如何形成的。 来自德国海德堡马克斯·普朗克天文学研究所（Max Planck Institute for Astronomy）的玛丽亚·克劳迪娅·拉米雷斯-塔努斯（María Claudia Ramírez-Tannus）博士领导的一组天文学家发现证据显示，大质量恒星在宽类似于宽学家的轨道上形成，并迅速缩小，并且两颗恒星在出生后彼此接近。 研究人员从大质量恒星的速度扩散转移到恒星团越老的较大值推断出这一点。 他们将这种效应归纳出原因在于大质量双星的恒星轨道半径的减小。

恒星通常在气体和尘埃云中成簇地形成。 它们中相对较小的质量是太阳质量的八倍以上，因此认为是质量大的。 由于仍然未知的原因，它们经常形成双星系统，每颗恒星之间的间隔很小。 拉米雷斯-塔努斯博士团队现发现，大质量恒星的速度弥散度随着它们所属星团的年龄而迅速增加。

在理想情况下，这种效应称为角动量守恒。 该法则指出，当质量移动到圆周运动的中心时，转速会增加。 例如，在花样滑冰运动员回旋期间，我们看到了这一点，他们将手臂伸到身体上以加快旋转速度。 尽管双星不完全遵守这个定律，但从质的角度来说，这种模拟仍然是正确的。

近年来，研究小组观察到了几个年轻的恒星形成区域。 他们测量了单个大质量恒星的速度，并确定了它们的光度和表面温度。 为此，他们使用了安装在智利阿塔卡马沙漠（Atacama Desert）中间的欧洲南方天文台的甚大型望远镜上的各种光谱仪。 这些仪器像棱镜一样，将光分成其颜色成分，物理学家称之为光谱。 光谱仪捕获了恒星大气中化学元素的光谱线，甚至注意到了最小的波长偏移。 利用这种能力，研究小组现在已经得出了恒星沿着视线运动的速度，即所谓的径向速度。 他们还用先前发布的结果补充了数据集。

拉米雷斯-塔努斯解释说：「我们的结果显示，大量的双星恒星最初是在大轨道上形成的，并在短时间内发展成为紧密的双星
系统。 这个重要发现，有助于缩小形成机制的模型。 “确实，年龄较大的星团中的大质量双星往往具有紧密的轨道，它的轨道周期介于几天和几周之间。」

为了了解导致恒星更靠近的原因，科学家提出了两种情况。 恒星由巨大的气体和尘埃云中的密集凝结形成。 在恒星形成过程中，旋转使凝结变平而形成星盘，而恒星则出现在中心。 如果已经有大量的双星恒星成对形成，那么它们的轨道将遍布剩余的星盘。 星盘材料的摩擦会导致轨道缩小，轨道速度增加。

第二种机制发生在具有第三颗低质量恒星的系统中。 它的重力将更大的同伴转移到椭圆轨道上，随着时间的流逝，椭圆轨道趋近于较小的圆形轨迹。 减小的轨道半径再次导致更高的速度。 在某些情况下，低质量恒星从系统中弹出。恒星在星团中的随机运动导致速度范围狭窄，导致每秒仅分散几公里。 但是，如果星团中有足够近的大质量双星，它们的快速轨道速度会将散转移到更高的值。
通过光谱测量恒星的光度和表面温度建立了与星团年龄的联系。 根据质量，恒星具有光度和温度的特征性组合，并随年龄而变化。 因此，通过测量恒星的恒星特性，天文学家可以确定星团的年龄。

通过合并这些结果，拉米雷斯-坦努斯团队发现星团中大质量恒星的速度散布与其年龄之间的相关性，这表示散布在几百万年内迅速
增加。 天文学家得出结论，双星的轨道速度增加，这表明轨道相应变小。

总的来说，研究显示出一个明显的趋势，即最小的轨道周期在约160万年内从几个月减少到几天。 拉米雷斯-塔努斯指出：尽管个别测量存在较大的不确定性，但趋势很明显。 虽然确定的时间尺度还不是很准确，但我们可以得出结论，按照天文学标准，大质量双星的轨道会迅速缩小。

【图、文：节译自马克斯·普朗克天文学研究所2021年1月21日新闻公布】

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