大多数行星（包括地球）都在相对稳定的轨道上围绕其恒星运行。但这些平静的排列有时会以剧烈的方式结束。如果一颗行星过于靠近其宿主恒星，恒星的引力会将其向内拖拽，并最终吞噬它。
科学家们已经观测到许多具有稳定轨道的行星系统，同时也发现了少数恒星迅速吞噬其行星伴星的情况。现在，研究人员发现了介于这两个极端之间的情况。
在10月5日发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）的一项研究中，由麻省理工学院（MIT）科学家领导的一个国际团队描述了一颗正在缓慢吞噬褐矮星的恒星。褐矮星是一种比典型行星质量更大，但质量又不足以维持为普通恒星提供能量的氢聚变的天体。
该系统被命名为ZTF J0440+2325，位于我们的银河系内，距离地球约300光年。这是首个观测到的低质量恒星稳定地从另一个低质量天体吸取物质的例子。
更引人注目的是，这种物质转移似乎发生得非常缓慢，以至于这颗恒星可以继续吞噬其伴星数十万年，甚至可能数十亿年。
“当我们想到恒星与行星或褐矮星发生相互作用时，脑海中的画面总是恒星最终吞噬掉另一个天体，”麻省理工学院物理学助理教授Kevin Burdge说，“这也是当太阳变成红巨星时地球将面临的命运。但在这里，我们发现了一种替代方式：恒星没有将对方一口吞下，而是可以在数十亿年的时间里逐渐蚕食它。”
麻省理工学院的研究团队还包括Aaron Householder、Kaitlyn Shin、Saul Rappaport、Joheen Chakraborty和Emma Chickles。其他合作者来自加州理工学院、夏威夷大学、西班牙的加那利天体物理研究所和拉古纳大学，以及哈佛-史密松天体物理中心。
令天文学家困惑多年的神秘信号
这种不寻常恒星关系的第一个线索来自兹威基瞬态研究设施（ZTF），这是一项旨在寻找亮度随时间变化的天体的天文巡天项目。
ZTF利用加利福尼亚州帕洛马天文台的一台望远镜，反复拍摄大范围的夜空。其灵敏的相机可以探测到可能表明强大宇宙事件的突发或异常光线变化，这些事件包括被称为超新星的恒星爆炸、伽马射线暴以及中子星之间的碰撞。
几年前，在检查ZTF收集的观测数据时，Burdge注意到了一个特别奇怪的模式。
天文学家使用一种称为光变曲线的图表来研究天体亮度的变化。对于某些超新星，随着爆炸恒星变亮然后逐渐变暗，这些图表会形成圆滑的钟形。
Burdge遇到的信号看起来完全不同。亮度没有出现平滑的上升和下降，而是反复呈现出类似三角形的轨迹。
“我记得第一次看到这个时就在想，恒星不会产生这样的三角波形，”他回忆道。
当时，Burdge和他的同事们正在调查另一个不寻常的信号，该信号最终被证明来自一个被称为“黑寡妇双星”的系统。
这些系统包含一颗中子星（即大质量恒星极其致密的残骸），它在高速旋转的同时，从一颗小得多的伴星上剥离物质。它们之所以以黑寡妇蜘蛛命名，是因为中子星逐渐摧毁其伴星的方式与这种蜘蛛类似。
Burdge最初考虑这种重复的三角信号是否可能来自另一个黑寡妇系统。然而，观测结果与天文学家通常的预期并不相符。
在典型的黑寡妇双星中，两个天体之间质量的强烈对比产生了一种独特的运动。较小的伴星在较重得多的中子星周围快速移动，从而在到达地球的光线中产生了可探测的变化。
但神秘的三角信号没有显示出同样明显运动的证据。
“我们在这里没有看到那种来回甩动的现象，”Burdge说。“这毫无道理。我们无法解释这是什么。”
这种差异促使研究人员考虑另一种可能性。也许该系统并不包含一个极高质量的天体与一个轻得多的伴星配对。相反，这两个天体的质量可能都相对较小，使得它们能够以不那么剧烈的运动相互绕转。
“如果系统整体质量较小，天体就可以温和地相互绕转，而不会来回甩动，”Burdge说。“这就是当时的想法。但我们一直没有证据。而这个奇怪的三角形信号就这样被搁置了数年。”
每87分钟绕其恒星运行一周的褐矮星
最终，Burdge和麻省理工学院地球、大气与行星科学系研究生Aaron Householder重新回到了这个未解信号上。
利用最初的ZTF观测数据，他们将其来源确定为银河系中距离地球约300光年的一个天体。随后，他们将几台望远镜对准了ZTF J0440+2325系统，以更详细地研究其性质。
一项关键的测量涉及确定该系统中的天体在相互引力作用下移动的幅度。尽管研究人员探测到了一些摆动，但这远小于通常与黑寡妇双星相关的运动幅度。
“这才是该系统真正的决定性证据，”Householder说。“当我们测量这种摆动时，我们发现我们看到的不是黑寡妇双星。这是一颗被褐矮星环绕的低质量恒星。摆动幅度太小了，不可能是其他任何天体。”
观测结果显示，两个异常致密的天体在极近的距离上相互绕转。
中心恒星的质量大约是木星的85倍，而褐矮星的质量约为木星的25倍。作为对比，太阳的质量是木星的1000多倍。
这颗褐矮星仅需87分钟就能绕其宿主恒星完成一周公转。它的整个轨道非常小，甚至可以容纳在太阳的直径范围内。
这种极其紧密的排列表明，引力的作用可能不仅仅是让天体保持在轨道上。研究人员怀疑，这颗恒星可能正在主动从褐矮星上拉扯物质。
科学家发现一种新的恒星同类相食形式
当一个天体从另一个天体吸取气体或其他物质时，天文学家将此过程称为吸积。
吸积在涉及黑洞和中子星的系统中尤为常见。尽管这些天体质量极大，但它们的物理尺寸相对较小。例如，落向黑洞的物质通常会在向内移动之前，在其周围形成一个旋转的吸积盘。
但ZTF J0440+2325的运作方式似乎有所不同。
在这里，收集物质的不是黑洞或中子星，而是一颗普通的低质量恒星正在接收来自附近褐矮星的物质。由于恒星的物理表面比黑洞等致密天体大得多，因此 incoming的物质可以直接撞击其表面。
“这里的区别在于，吸收物质的天体不是微小的黑洞，而是一颗体积相对较大的恒星，”Burdge解释道。“因此物质直接以极高的速度撞击恒星表面，就像小行星撞击月球一样。”
为了调查实际情况是否如此，研究人员对该系统进行了计算机模拟。
他们对源自褐矮星的粒子进行了建模，并计算了这些粒子在两个天体引力影响下的运动方式。模拟中结合了恒星及其伴星的测量特性，以及控制轨道运动的物理方程。
结果证实了团队的猜测。离开褐矮星的物质所循的轨迹将其直接带入了恒星之中。
“当我们追踪这些测试粒子时，我们看到它们确实直接落在了恒星表面，”Householder说。“这是我们首次捕捉到低质量恒星主动从另一个低质量天体上吸积物质。”
一场可持续数十亿年的宇宙盛宴
研究团队还估算了褐矮星流失物质的速度。
根据他们的计算，这颗恒星每年消耗的质量大约相当于地球质量的十万分之一。
这个数字听起来可能微不足道，但它代表了巨大的物质数量。研究人员将其比作大约4000万辆自卸卡车的载重量，或者每秒约1.3万亿个一磅重的墨西哥卷饼。
尽管这些数字令人震惊，但褐矮星的质量如此之大，以至于这种物质损失仅占其总质量的极小一部分。
从天文学角度来看，这种吞噬过程异常缓慢。
基于该系统的性质和估计的质量转移速率，研究人员认为这颗恒星可以继续从其伴星吸取物质长达数十亿年。
恒星似乎在维持一股来自其伴星的相对稳定的物质流，而不是发生一场摧毁较小天体的突发灾难性碰撞。
这一认识也有助于解释最初引起Burdge注意的奇怪三角光信号。
当物质从褐矮星流向恒星时，它以高速撞击恒星表面，产生一个强烈受热的区域。
这个明亮的亮斑就像恒星上一个持续的火球。
随着褐矮星在其87分钟的轨道上运行，这个亮斑反复旋转进入和离开观测者的视线。这些能见度的变化产生了天文学家一直难以理解的独特变亮和变暗模式。
“就像你在一个天体上拥有这个持续的火球，随着一个天体绕另一个天体运行，那个亮斑会进入和离开视野，而三角信号的峰值就是你正对着火球看的时候，”Burdge解释道。
奇特的恒星系统为行星演化打开了一扇新窗
随着三角信号最终得到解释，研究人员现在有兴趣寻找以类似方式运行的其他恒星系统。
到目前为止，对恒星与其行星伴星之间近距离相互作用的观测，主要侧重于稳定轨道或相对快速的吞噬事件。
ZTF J0440+2325证明了还存在另一种可能性。在合适的条件下，一颗小恒星可以稳定地从附近的褐矮星提取物质，而不会立即摧毁它。
寻找更多例子可以帮助天文学家确定这一过程有多普遍，它能持续多久，以及最终被困于这种极其紧密关系中的天体会发生什么。
这一发现也可能为在宿主恒星附近运行的行星和褐矮星的演化提供新的见解。
“这启发了我们开展许多新的搜索，”Householder说。“我认为我们将了解到行星和褐矮星与其宿主恒星相互作用的另一种方式。”
这项研究获得了美国国家科学基金会的部分支持。