為什么在三星系統(tǒng)中尋找系外行星很重要?我們能在那里找到多少顆系外行星?這是天體物理學(xué)和空間科學(xué)最近接受的一項(xiàng)研究希望解決的問(wèn)題，此前來(lái)自德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的兩位研究人員調(diào)查了三顆恒星系統(tǒng)中存在系外行星的統(tǒng)計(jì)可能性。這項(xiàng)研究有可能幫助研究人員更好地了解三星系統(tǒng)的形成和演化，以及它們是否適合我們所知道的生命存在。

這項(xiàng)研究發(fā)表在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上。

在這里，《今日宇宙》與曼弗雷德·康茨博士討論了這項(xiàng)令人難以置信的研究，他是德克薩斯大學(xué)阿靈頓分校的物理學(xué)教授，也是這項(xiàng)研究的主要作者，關(guān)于這項(xiàng)研究背后的動(dòng)機(jī)，最重要的結(jié)果，研究三星系統(tǒng)的重要性，以及在三星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)外生命的可能性。

這項(xiàng)研究背后的動(dòng)機(jī)是什么?

康茨博士告訴《今日宇宙》，“年齡和金屬豐度(即重元素的數(shù)量=氫和氦以外的元素)是恒星的基本屬性，這一說(shuō)法適用于所有恒星?？紤]到大多數(shù)恒星(不包括太陽(yáng))都是高階系統(tǒng)的成員，對(duì)三恒星系統(tǒng)中的恒星的研究是對(duì)單恒星研究的自然延伸?！?/p>

在這項(xiàng)研究中，研究人員對(duì)三星系統(tǒng)的年齡和金屬豐度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)過(guò)去的研究，共有27顆已確認(rèn)的系外行星，每個(gè)系統(tǒng)中的系外行星數(shù)量從1到5顆不等。這個(gè)三星系統(tǒng)的年齡在2000萬(wàn)年到72億年之間，誤差范圍在2000萬(wàn)年到72億年之間。作為背景，我們的太陽(yáng)估計(jì)有46億年多一點(diǎn)的歷史。

恒星系統(tǒng)的金屬豐度，誤差范圍在-0.59和+0.56之間，這通常是根據(jù)鐵與氫的比例(Fe/H)計(jì)算的，也可以用方程X + Y + Z =1計(jì)算，其中X是氫的比例，Y是氦的比例，Z是其他所有元素(即碳，氧，硅，鐵等)。

這些值的范圍在-4.5到+1.0之間，恒星顯示0、-1、大于0和小于0，分別表示一顆恒星的鐵含量與我們的太陽(yáng)相等，鐵含量是我們太陽(yáng)的十分之一，金屬含量比我們的太陽(yáng)高，金屬含量比我們的太陽(yáng)少。

這項(xiàng)研究最重要的結(jié)果是什么?

“已經(jīng)確定了兩個(gè)非常重要的結(jié)果，”康茨博士告訴《今日宇宙》?！笆紫?，三恒星系統(tǒng)中的恒星平均比位于太陽(yáng)附近的恒星年輕得多。最合理的解釋是可能存在雙重選擇效應(yīng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)中擁有行星的恒星質(zhì)量相對(duì)較高(它們?cè)谥餍蛏匣ㄙM(fèi)的時(shí)間比低質(zhì)量恒星少)，而三恒星系統(tǒng)中的行星可能長(zhǎng)期軌道不穩(wěn)定。

“這些恒星的金屬豐度平均與太陽(yáng)相似;然而，由于數(shù)據(jù)量有限，這一結(jié)果與之前的發(fā)現(xiàn)并不矛盾，即有行星的恒星往往富含金屬，因?yàn)橥茢喑龅慕饘儇S度分布相對(duì)廣泛。”

到各自的三星系統(tǒng)的距離在4.3到1870光年之間，但27個(gè)三星系統(tǒng)中只有6個(gè)位于100光年之內(nèi)。這六個(gè)三恒星系統(tǒng)包括半人馬座阿爾法星(4.3光年)，印度Epsilon(11.9光年)，LTT 1445(22.4光年)，Gliese 667(23.6光年)，94 Ceti(73.6光年)和Psi1天龍座(74.5光年)，每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的系外行星總數(shù)分別為3(2)，1,1,2(1)，1和1。

作為背景，截至2024年9月，我們宇宙中確認(rèn)的系外行星系統(tǒng)總數(shù)超過(guò)4300個(gè)，其中包括近5800顆系外行星。

盡管擁有系外行星的三星系統(tǒng)數(shù)量很少，但研究三星系統(tǒng)的重要性是什么?

康茨博士告訴《今日宇宙》:“大多數(shù)恒星(不包括太陽(yáng))都是高階系統(tǒng)的成員，尤其是雙星系統(tǒng)，在不太常見(jiàn)的情況下，還有三恒星系統(tǒng)，甚至更高階的系統(tǒng)。

“因此，研究由三顆恒星系統(tǒng)承載的行星是關(guān)注單顆恒星周圍行星的標(biāo)準(zhǔn)方法的自然延伸。目前的研究集中在三恒星系統(tǒng)中恒星的一些特性上，三恒星系統(tǒng)也被認(rèn)為有行星存在——這是一種相對(duì)罕見(jiàn)的環(huán)境。當(dāng)前研究的重要性在于擴(kuò)大我們對(duì)恒星-行星系統(tǒng)的總體理解。”

對(duì)于半人馬座阿爾法星來(lái)說(shuō)，系外行星比鄰星b已被證實(shí)是類地行星(巖石)，半徑和質(zhì)量都與地球相仿，并在比鄰星的可居住帶(HZ)內(nèi)運(yùn)行，比鄰星是構(gòu)成半人馬座阿爾法星三星系統(tǒng)的一顆恒星。

Gliese 667 Cc是唯一一顆在其恒星HZ內(nèi)運(yùn)行的類地系外行星，它的質(zhì)量和半徑都比地球大，因此被稱為超級(jí)地球。

考慮到擁有系外行星的三星系統(tǒng)數(shù)量很少，而擁有在其HZ軌道上運(yùn)行的類地系外行星的數(shù)量就更少了，那么在三星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)系外生命的可能性有多大?

“我們唯一確定生命存在的星球是地球，”康茨博士告訴《今日宇宙》。然而，經(jīng)過(guò)幾十年的觀察和理論研究，科學(xué)家們確信，幾乎可以肯定地說(shuō)，生命是真實(shí)存在的。這種說(shuō)法也適用于三星系統(tǒng)中的行星。

“然而，這些行星通常會(huì)受到相對(duì)可變的環(huán)境強(qiáng)迫(例如，恒星成分接收到的輻射量變化)，這預(yù)計(jì)會(huì)降低高級(jí)生命形式的可能性，但仍然應(yīng)該允許微生物，特別是極端微生物的生命?！?/p>

隨著確認(rèn)的系外行星數(shù)量的不斷增加，確認(rèn)的擁有系外行星的三星系統(tǒng)的數(shù)量也應(yīng)該增加。當(dāng)科幻小說(shuō)迷讀到多恒星系統(tǒng)時(shí)，他們幾乎立即想到《星球大戰(zhàn):新希望》(Star Wars: A New Hope)中的標(biāo)志性場(chǎng)景，盧克·天行者(Luke Skywalker)看著地平線上的兩顆星星。

雖然塔圖因適合人類和其他有趣的生命形式居住，但在現(xiàn)實(shí)世界中可能并非如此，正如比鄰星b目前是距離地球100光年內(nèi)唯一一顆在其HZ軌道上運(yùn)行的類地系外行星所證明的那樣。

因此，科學(xué)家們?cè)趯ふ胰窍到y(tǒng)中的生命時(shí)應(yīng)該施加哪些限制呢?我們是否應(yīng)該研究它們的衛(wèi)星，就像電影《阿凡達(dá)》(Avatar)描繪的那樣，半宜居的衛(wèi)星潘多拉(Pandora)圍繞著半人馬座阿爾法星系中一顆大得多的系外行星運(yùn)行?有系外行星的三星系統(tǒng)真的像今天的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示的那么罕見(jiàn)嗎?

“尋找地球以外的生命仍然是一個(gè)迷人的話題，”康茨博士告訴《今日宇宙》。“高度贊賞對(duì)正在進(jìn)行和未來(lái)的空間任務(wù)的政治和社會(huì)支持。作為科學(xué)家，我們感謝世界各地納稅人的持續(xù)支持，尤其是在美國(guó)?！?/p>