太陽你到底有多少個失散的兄弟姐妹？_風聞

　　編譯：李遠飛

　　校對：王延昕

　　排版：況宇庭

　　後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

　　參考來源：

　　https://arxiv.org/pdf/2007.10339.pdf

　　https://www.space.com/22538-nemesis-star.html

　　https://www.cfa.harvard.edu/news/2020-19

　　https://www.livescience.com/planet-9-sun-twin.html

　　http://www.sci-news.com/astronomy/early-solar-system-two-suns-08761.html

　　https://www.sciencealert.com/we-may-have-found-our-sun-s-long-lost-identical-twin-star

　　https://www.scientificamerican.com/article/the-long-lost-siblings-of-the-sun/

太陽曾經也是雙星系統的一部分？

圖源：Michael Osadciw/University of Rochester

1

結伴而行的恆星們　　這事兒吧，得先從恆星搖籃説起。

　　通俗地講，恆星搖籃含有大片由氣體和塵埃構成的廣闊的分子云，這些分子云形成星團團塊，繼而坍塌並形成恆星的初始階段。絕大多數恆星都是以此方式在各個星團內與它的“團友們”幾乎同時形成。我們的太陽誕生時所在的星團，直徑大約10光年，內含大約1500-3500顆大小不一的恆星。但這個星團並不穩定，在最初的太陽系形成後不久便宣告解散，由此太陽的兄弟姐妹分散於銀河系之中。

　　雖説搖籃裏的恆星寶寶們最終分散開來各謀出路，但是絕大部分都是結伴上路。科學家估計大約有85%的恆星屬於雙星系統或是三合星、四合星系統，而所有類太陽星裏超過一半處於雙星系統中。相比之下，我們唯一的太陽顯得如此孤獨，這不禁讓人覺得有些奇怪。如今，一些證據讓天文學家懷疑太陽也曾擁有一顆伴星，但某些突發的宇宙事件將它們殘忍地分離了開來。

　　小編：恆星都成雙成對，你呢？

2

天譴之星涅墨西斯

　　涅墨西斯星（Nemesis，意為天罰/天譴，也稱為黑暗伴星）是科學家假想出來的一顆紅矮星，曾經是早期太陽的伴星。這個理論有希望解釋地球上物種大滅絕的週期性。科學家們認為這樣一顆伴星可以影響太陽系邊緣天體的運行軌跡，讓它們偏轉，與地球相撞。

涅墨西斯星(圖中最右)也許能解釋太陽系邊緣天體的異常運行軌跡 

圖源：azeheblab

　　早在20世紀80年代初期，科學家們就注意到地球上物種的滅絕似乎有一種週期性——每2700萬年就會頻繁發生大滅絕。這樣漫長的週期性讓他們轉向宇宙事件尋求解釋。

　　1984年，加州大學伯克利分校的理查德·穆勒教授(Richard Müller)設想在1.5光年外存在一顆紅矮星作為太陽伴星，後續的理論則認為這顆星可能是褐矮星或是白矮星，或者是一顆幾倍木星質量的低質量恆星。所有這些假説中的恆星都只發出微弱的光，使得它們很難被發現。

　　科學家假設的這顆星——涅墨西斯星——會影響奧爾特雲。奧爾特雲是理論推測中存在的一個天體，它圍繞整個太陽系，處於比冥王星還要遙遠的太陽系邊緣，大部分由冰質岩石構成。雲中的天體在長週期的橢圓軌道中繞太陽運行。當軌道改變進入內太陽系時，它們的冰層便會升華/融化，形成身後長長的彗星尾，成為我們肉眼可見的美麗的彗星。

彗星軌道與奧爾特雲

圖源: Future PLC

　　一些科學家認為，這顆涅墨西斯星每2700萬年就會穿過奧爾特雲，把其中的天體踢出奧爾特雲的球層，其中一部分天體飛往內太陽系——包括地球。由此，這一時期裏地球被小行星和彗星擊中的幾率大大增加，發生大滅絕也就更加可能。

3

第九行星？奧爾特雲？

　　最近，哈佛大學教授亞伯拉罕·勒布（Avi Loeb）和本科生埃米爾·西拉傑（Amir Siraj）在《天體物理學雜誌通訊》上發表了論文，對太陽系“第九行星”和奧爾特雲內天體提出了一種可能的解釋：他們的研究顯示如果太陽在處於誕生星團時曾有一個與其質量相仿的伴星，雙星系統可以更高效地捕獲周圍的物質，由此便可以解釋太陽系中神秘的“第九行星”引力源的形成和奧爾特雲擁有不符現有模型的大量天體這兩個現象。

巨大無比卻又無法觀測到的奧爾特雲真的存在嘛？

圖源：wiki

　　奧爾特雲是一個謎一般存在的區域。不像太陽系的八大行星和小行星帶一樣幾乎都呆在一個平面圓盤（行星盤）上，奧爾特雲是一個包裹了太陽系的球殼，包含了無數宇宙廢墟。和內側的行星相比，在奧爾特雲區域太陽引力作用極為微弱，其中天體可以輕鬆擺脱太陽系流浪星際宇宙。奧爾特雲中最遙遠的天體幾乎和太陽系沒有多少關聯，離太陽的距離達100,000個天文單位（一個天文單位AU是太陽到地球的平均距離）。勒布説，這其實和它與半人馬座阿爾法星 (Alpha Centauri，離太陽最近的恆星系統) 之間的距離都差不多了(尚有爭議）。如果所有的恆星星系都有一個這樣的奧爾特雲，那麼恆星間其實十分擁擠，就像開打前的枱球一樣互相貼在一起。

　　奧爾特雲裏沒有像八大行星一樣巨大的天體，如果宇宙飛船從中飛過很可能什麼都看不到。即便如此，它還是包含了超出我們預料更多的天體，勒布説。雲中大約藏匿有一千億個小天體，絕大部分都是岩石和冰塊。但實際上，由於距離和大小原因，我們還從未直接觀測到過奧爾特雲，但是我們已經有了挺充足的證據：彗星不就是從奧爾特雲不小心飛進內太陽系的嘛。

　　我們甚至有一些證據顯示奧爾特雲裏還藏了質量更大的天體。近些年來，科學家們在觀測海外天體（Trans-Nepturian Object，海王星軌道以外太陽系內天體）時留意到它們軌道的異常，並認為這很有可能是由一個未知的“第九行星”引力影響所造成。據估算，這樣一顆“第九行星”應當有十倍地球質量。

　　天文學家們一直對TNO海外天體的異常質量感到頭疼，而為什麼奧爾特雲是球形而非環帶狀也困擾着他們。“這些遙遠的結構到底是如何形成的呢？一個普遍的理論認為它們可能是由構成行星的原行星盤散落而成的。”勒布介紹到。

　　奧爾特雲裏確信有一部分天體來自於內太陽系，但是原行星盤裏的大型天體僅佔TNO大型天體總數的1/50，而對奧爾特雲形成過程的電腦模擬顯示其來自於內太陽系的成員應該佔其持有總量的1/10到1/3。顯然我們無法通過原行星盤散落理論來解釋奧爾特雲的體量。再加上我們對第九行星的假説，擁擠的奧爾特雲將變得更難以解釋了。

4

太陽雙星系統

　　不是聊太陽的N胞胎嘛，怎麼扯了那麼多奧爾特雲？

　　那是因為：

　　太陽雙星系統模型可能是奧爾特理論拼圖中缺失的那一塊！

藝術家筆下的雙星系統

圖源：NASA

　　前述論文的作者之一西拉傑認為這一模型不應當讓科學家們過於驚訝。“之前的模型在推測奧爾特雲天體數量形成時遇到了困難，而我們所提出的雙星模型使這個理論得到了巨大的修正和進步。現在回想起來這個模型其實顯而易見（不知道為什麼我們以前沒有想到），因為大部分類日恆星在誕生之初就有其伴星作陪。”

　　如果奧爾特雲當真是在一顆早期的太陽伴星的幫助下捕獲的，那我們對太陽系如何形成的理解將會迎來重大的改變。“雙星系統在捕獲流浪天體時極大地提升了效率，”勒布説，“如果奧爾特雲是像我們推測的那樣形成，這將意味着太陽的確曾經有一個類似質量的伴星，但在太陽離開它的誕生星團之前不知為何失散了。”

　　如果奧爾特雲的確是被捕獲的，那將顛覆我們對太陽系形成過程的認知，並有望解決一些關於地球上生命起源的問題。“位於奧爾特雲外層的天體可能曾在地球歷史中擔當過重要的角色，例如（可能）把水分子帶到地球還有導致了恐龍的滅絕。”西拉傑説。“瞭解這些天體的起源很重要。”

　　這個模型對“第九行星”的假説也有意義。勒布和西拉傑認為第九行星並不是孤零零地待在太陽系邊緣，“這個謎題不僅有關奧爾特雲，而且還與海外天體有關，例如可能存在的第九行星。我們不清楚這些天體是從何而來，而我們新的模型預言那裏應該有更多擁有和第九行星差不多軌道方向的天體。”

　　奧爾特雲和第九行星被預測的位置都離太陽太遙遠了，以至於直接觀測和判定對於如今的研究者們來説極為困難。但是維拉·C·魯賓天文台 (Vera C. Rubin Observatory, VRO，也被稱為大口徑綜合巡天望遠鏡LSST) 將於2021年初投入運行，有望解決“第九行星”是否存在的問題，以及如果存在又有怎樣的起源問題。西拉傑對此持樂觀態度， “如果VRO證實了第九行星的存在和它（是）被捕獲的來源，並且發現了一羣也是被這樣捕獲的矮行星，那麼雙星模型將會取代我們一直以來假設的太陽孤零零存在的歷史。”

　　如果太陽的確在早期有過一顆伴星促成了外太陽系的形成，它現在的缺席促使我們提出這個問題：

　　伴星去哪了？

　　“在太陽的誕生星團里路過的其他恆星可能用它的引力影響帶走了這顆伴星，”勒布説，“但是在太陽與其伴星分離之前，太陽系應當已經捕獲了它的外部包層，即奧爾特雲和以第九行星為代表的一羣矮行星。”西拉傑補充道，“太陽失散的手足現在可能存在於銀河系內的任何地方。”

5

尋找太陽失散的親戚

　　在2018年末，一個由來自葡萄牙天體物理和空間科學研究所（Institute of Astrophysics and Space Sciences (IA), Portugal）的研究員領導的小組試圖尋找太陽的兄弟姐妹。多虧了歐洲航天局ESA的宇宙測量計劃蓋亞GAIA提供的詳細恆星目錄，他們的研究有當時最前沿的資源，包括更多的恆星數量，更多元素的化學丰度和更加精確的數據。

　　這項研究最終指向了HD186303，它不僅是太陽在星團階段的兄弟，而且還是特別的一位，它與我們的太陽出奇地相似!

　　它是一顆G型主序星，體積上只比太陽大了一丟丟，有着和太陽差不多的表面温度和光度。它的化學丰度構成也和太陽極度近似，並且年齡和太陽差不多-也就大概45億歲。比起在2014年被天文學家識別為太陽兄弟的F型星HD162826，它是一個更相似的匹配結果。

　　“我們其實並不確定太陽是從何誕生的，所以任何被識別為太陽兄弟的恆星都是我們探尋太陽系歷史的線索。研究這些太陽兄弟恆星可以幫助我們瞭解太陽是在何處、在什麼樣的條件下誕生的。“IA天文學家瓦爾丹·阿迪貝基揚（Vardan Adibekyan）説。

　　不止如此。我們所確定宇宙中唯一一個孕育了生命的地方位於太陽系。這意味着太陽的體積，年齡，温度，光度和化學構成都與我們所知的碳基生命相兼容。由此來看圍繞着太陽兄弟恆星公轉的行星也有可能發展出了生命，一個太陽的雙胞胎恆星代表了一個更加有希望的生命選擇。

　　阿迪貝基揚説：“一些理論計算表明，在地球的晚期重轟擊後期，生命從地球擴散到其他行星或系外行星的可能性是不可忽略的。”

　　“如果我們足夠幸運，識別出來的類太陽星系統內正巧有行星，又正巧它們中有類地行星處於宜居帶，還正巧也被地球上的生命種子所‘臨幸’，那我們就有一個夢寐以求的地球2.0繞着太陽2.0公轉的系統了！“

　　這裏的確需要發生不少“正巧”，但是無論這幾率多微小，所有的條件確實有可能重合。IA的天文學家正努力探尋任何繞HD186302公轉的行星存在的跡象。

6

結語：

　　關於太陽同胞兄弟的研究都帶有巨大的不確定性，無論是從宇宙中雙星系統比例的推測，還是由大滅絕週期性推導，甚至於神秘的“第九行星”和奧爾特雲，科學家們至今還未找到太陽系曾經是雙星系統的決定性證據，甚至連第九行星是否真正存在學術界也無法確定。歡迎大家在評論區理性討論，大開腦洞呀~

『天文時刻』 牧夫出品

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仙女座的光暈

Digital Illustration Credit: NASA, ESA, J. DePasquale and E. Wheatley (STScI) and Z. Levay）