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连接星星的化学成分和行星形成

发布2021年6月10日

来自Penn的研究人员物理和天文系已经开发出一种新方法来更好地理解恒星的化学成分和行星形成之间的关系。

这项研究是由刚毕业的大学生领导的雅各Nibauer对于他的高级论文Bhuvnesh耆那教徒的由前宾夕法尼亚大学博士后埃里克·巴克斯特共同指导。研究人员发现,在他们的数据集中,大多数恒星的组成与太阳相似,这与早期的工作有些不一致,这意味着银河系中的许多恒星可能拥有它们自己的类地行星。

这些结果已在238日美国天文学协会会议也发表在《天体物理学杂志》上

艺术家的概念是一颗由行星和尘埃圈圈而被新成型的灰尘环绕的古老星球的概念,落在岩石行星彼此碰撞。在第238届美国天文学会议上提出的一项新研究描述了一种量化星星化学成分和行星形成之间关系的新方法,可以帮助研究人员确定具有更高举办行星可能性的个体恒星的工作。图片信用:NASA / JPL-CALTECH

最常见的方法系外行星当一颗系外行星在其恒星和观测者之间移动时,会导致恒星亮度下降。虽然大多数已知的系外行星都是用这种方法发现的,但这种方法是有限的,因为系外行星只有在它们的轨道和观测者完全对齐并有足够短的轨道周期时才能被探测到。第二强大的技术,径向速度或多普勒法,在寻找行星的能力上有其他的局限性。

这提出了这个问题,如果行星在星系上无法检测到星际,可以通过研究宿主明星来推断出他们的存在吗?研究人员发现,这个问题的答案是一个合格的是的,新方法有助于天文学家更好地理解外产的形成是如何与他们轨道的明星的组成有关。

尼鲍尔说:“我们的想法是,行星和恒星都是在同一个星云中诞生的,所以你可以想象这样一个场景:一颗岩石行星锁定了足够多的物质,使晚期恒星表面的这些元素耗尽。”“我们的目标是回答拥有行星的恒星是否与没有行星的恒星看起来不同,其中一种方法是在恒星表面的组成成分中寻找行星形成的特征。幸运的是,恒星的组成,至少是其外层的组成,可以从它的光谱中推断出来,也就是光强度在不同频率上的分布。”

为此,研究人员使用了来自阿帕奇点天文台银河演化实验(APOGEE-2),专注于1,500家银河银河系,具有五种不同元素的化学成分数据。Nibauer的新贡献是应用贝叶斯统计,以衡量五个岩石形成,或“难治性”,元素和客观地单独的恒星的恒星基于其化学组成。

APOGEE的数据投影,橙色点表示分析中使用的恒星(上)和类太阳恒星种群中化学元素子集相对于铁的丰度比(下)。图片来源:雅各布·尼鲍尔,宾夕法尼亚大学

尼鲍尔的方法允许研究人员观察低信噪比的恒星,或者测量背景比恒星自身信号大的恒星。尼鲍尔说:“这个框架,不是集中在一个恒星一个恒星的基础上,而是结合了对整个种群的测量,使我们能够描述化学丰度的全球分布。”“正因为如此,与之前的研究相比,我们能够包括更大的恒星种群。”

研究人员发现,他们的数据集将恒星整齐地划分为两个种群。贫化的恒星占样本的大部分,与未贫化的恒星相比,它们缺少难熔元素。这可能表明,在耗竭的种群中缺少的耐火材料被锁定在岩石行星中。这些结果与其他更小、更有针对性的恒星研究是一致的,这些研究使用更精确的化学成分测量。然而,对这些结果的解释与以前的研究不同,因为太阳似乎属于组成样本的大多数群体。

“以前的研究是以太阳为中心的,所以恒星要么像太阳,要么不像太阳,但杰克开发了一种方法,在不参考太阳的情况下将相似的恒星分类,”杰恩说。“这是第一次用一种‘让数据说话’的方法发现了两个种群,然后我们可以把太阳放在其中一个种群中,这最终被证明是枯竭的种群。”

Nibauer说,这项研究还提供了一个有前途的大道,以确定可能具有托管自己的行星的可能性更高的恒星。“长期目标是识别大量的外产群体,任何可以对一个明星是一个星际寄主的概率约束的任何技术,而不必依赖于通常的过境方法是非常有价值的,”他说.

如果银河系恒星耗尽是常态,这可能意味着大多数的这些恒星可以通过类似地球的行星,绕恒星的可能性开放“失踪”更重的元素只是他们关押在绕轨道运行的行星,虽然其他可能的连接系外行星也正在研发中。“如果能在未来对更大数据集的分析中得到证实,这将是令人兴奋的,”Jain说。

来源:宾夕法尼亚大学

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