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太阳内部的"指纹"或能揭示它是否曾吞噬过一颗行星

研究人员利用MESA恒星演化代码模拟发现,年轻时的太阳可能在数十亿年前吞噬了一颗质量约为地球5-10倍的超级地球。该情景可同时解释日震学观测异常与太阳表面锂元素异常贫乏两大长期难题,且行星穿越太阳外层时仅损失极少质量,可能在恒星内部留下可探测的化学"指纹",下一步有待独立观测验证。

来源:Hacker News

研究人员还发现,这样一颗行星在穿越太阳外层时只需损失极少的质量便能"幸存"下来,这表明行星在消失很久之后,仍可能在宿主恒星内部留下可探测的"指纹"。

多年来,基于标准恒星演化物理的太阳模型一直难以同时复现某些日震学观测结果,尤其是对流层正下方的声速结构以及太阳对流层的深度。

与此同时,太阳表面表现出显著且广为人知的锂元素贫乏现象。

“我们感兴趣的是,这些问题是否可能在太阳早期化学历史中有一个共同的起源,“Yildiz教授解释道。

“年轻恒星周围环绕着原行星盘,大量物质可以在星盘与恒星之间流动。

“由于行星由与星盘中气体化学性质不同的物质构成,我们想知道早期吞噬一颗行星,是否会在年轻太阳内部留下化学印记。”

研究人员使用MESA恒星演化代码来验证这一想法。他们探索了不同的吸积历史,并将得到的太阳模型与日震学约束和表面丰度进行比较,同时还测试了涉及物态方程、不透明度以及湍流与对流混合不同处理方式的其他解释。

他们的结果支持这样一种情景:年轻的太阳吞噬了一颗质量约为地球5-10倍的超级地球。

重要的是,他们的模型并非只解释了一个谜题,而是同时与太阳的多项独立测量结果相吻合,包括对其内部结构的观测以及异常低的锂丰度。

“我们原本以为行星吞噬可能会影响太阳结构,但没想到计算结果会收敛到如此具体的超级地球质量范围,“Yildiz教授说,“这是这项研究最有趣的成果之一。”

他补充说,虽然可能无法确凿证明太阳曾吞噬过行星,但如果预测的结构和化学特征能够通过日震学或其他观测手段被独立确认,将为数十亿年前发生过这样的事件提供有力证据。

天文学家一直疑惑,为什么许多其他恒星系统似乎拥有大型超级地球,而我们的太阳系却没有。

这项新研究引用了十年前Martin & Livio(2016)的研究成果,该研究表明,一颗或多颗超级地球可能曾在水星轨道内侧形成,并通过气体星盘向内迁移,最终可能坠入年轻的太阳。

然而,尽管该研究为吞噬事件提供了理论路径,但它并不要求这样一颗行星最终真的被我们的恒星吞噬。

“早期的研究提出超级地球可能形成并向内迁移进入年轻太阳。我们的论文则追问:太阳本身是否仍携带着这种吞噬事件确实发生过的可观测证据?我们相信是有的,“Yildiz教授总结道。

“下一步是看这些’指纹’能否被独立探测到。”

图注:恒星吞噬行星的艺术想象图。蓝线描绘了行星螺旋靠近恒星并最终与其相撞的轨迹。

图片来源:NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford(STScI)