由密歇根大学天文学家布鲁克·科滕(Brooke Kotten)领导的团队,在这颗恒星的化学成分中发现了一条重要线索。TOI-5882含有的锂远超研究人员通常对该类型恒星的预期。
“人如其食,对吧?”科滕说道,她是密歇根大学天文学系的研究生研究员,也是发表在《天体物理学杂志》上的这份新报告的第一作者。“我们知道,行星物质中的锂含量比恒星中多得多。所以,如果一颗恒星吞噬了一颗行星,它就会摄入大量的锂。”
该研究部分得到了NASA和美国国家科学基金会的联邦资助。
恒星如何吞噬行星
天文学家使用“吞噬”一词来描述恒星吞并行星时发生的情况。在宇宙时间尺度上,这些事件发生得极快,有时仅持续几天或几周。
由于过程非常短暂,科学家不太可能捕捉到正在吞噬行星的恒星。相反,他们必须寻找行星消失后留下的化学痕迹和其他证据。
“这正是该领域令人兴奋的地方。你确实是在解开一个谜团,”科滕说道,她在加州大学圣克鲁兹分校攻读本科期间作为Lamat项目的一员开始了这项研究。“我们无法亲眼目睹罪行发生,所以必须利用我们掌握的所有线索来找出真凶。”
学会识别这些事件有助于天文学家确定恒星吞噬行星的频率以及导致其发生的环境因素。
我们自己的太阳系预计在遥远的未来也会经历类似的命运。在大约50亿年后,太阳将进入生命晚期并膨胀成为一颗红巨星。随着它的膨胀,它将吞噬水星、金星,可能还有地球。
褐矮星可能发挥了作用
TOI-5882尚未膨胀到仅凭体积就能解释它如何吞噬行星的程度。这促使研究人员考虑另一种可能性。
这颗恒星可能得到了“帮助”。
一个巨大的气体天体也绕着TOI-5882运行。它的质量是木星的20倍以上,但仍太小,无法点燃核聚变成为真正的恒星。天文学家将这类天体归类为褐矮星。
这颗褐矮星可能扰乱了那颗失踪行星的轨道,使其坠入TOI-5882。科滕表示,这一可能性将在另一项研究中进行调查。
锂提供了化学指纹
锂为天文学家提供了一种研究行星吞噬现象的宝贵途径。该研究的资深作者、密歇根州立大学助理教授塞思·雅各布森表示,恒星天然含有一些锂,但行星通常含有更高浓度的该元素。
“行星吞噬带给恒星的锂原子,就像体育迷抵达体育场一样,”他说道,“可能已经有一些提前到达的球迷在场,代表了恒星大气中初始的锂含量,但他们很快就会被后来者淹没。”
根据在TOI-5882JianCe测到的锂含量,研究人员估计被吞噬的行星质量可能在几个地球质量到海王星质量之间。
“我们能够观测一颗1300光年外的恒星,并自信地说‘这颗恒星的锂含量超出了预期’,这证明了现代仪器的精度以及解读该信号所付出的艰辛解释工作,”该研究的资深作者、威斯康星大学助理教授梅琳达·苏亚雷斯-富塔多说道。
将TOI-5882与类似恒星进行比较
该项目汇集了来自美国和智利的14名研究人员。团队使用光谱学方法——通过分析恒星的光来揭示其化学成分——在TOI-5882中寻找锂的迹象。
观测显示该恒星含有大量的该元素。接下来的挑战是证明其锂水平确实异常,而非具有类似特征的恒星的常态。
为了验证这一点,研究人员组建了一个由62颗具有相似年龄、质量和温度的恒星组成的对照组。随后,他们使用几种不同的方法将TOI-5882与这些恒星进行了评估对比。
“而且你不必为了突显它而刻意挑选数据。结果是稳健的,”苏亚雷斯-富塔多说道。“无论你怎么分析,TOI-5882的锂含量都非常丰富,至少处于第97百分位。”
一颗保留了证据的罕见恒星
这项工作建立在苏亚雷斯-富塔多早期研究的基础上,该研究确定了最有可能保留行星吞噬证据的恒星类型。
许多恒星不是理想的研究对象,因为被吞噬行星的化学特征会消退或变得难以区分。然而,TOI-5882似乎是少数几颗仍能检测到证据的恒星之一。
对照组中的少数几颗恒星也显示出出乎意料的高锂含量。这一发现表明,行星吞噬可能不是唯一能使恒星富含锂的过程,这为天文学家提出了另一个需要调查的问题。
对科滕来说,这种不确定性正是其魅力的一部分。
“在成长过程中,我曾梦想成为一名私家侦探,”她说,“我想这很好地解释了我现在的归宿。我确实觉得自己像个侦探。”