雙星疑云

蛇尾三（ν Octantis），又名南極座ν，是一個(gè)緊密的雙星系統(tǒng)。它包含了一顆位于中央的主星——這是一顆質(zhì)量為太陽(yáng)1.57倍的亞巨星；以及一顆質(zhì)量約為太陽(yáng)0.57倍、亮度明顯更低的伴星。長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家并不清楚這顆伴星的確切性質(zhì)。

在這個(gè)雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星之間的平均距離非常接近，僅為地球與太陽(yáng)距離的2.6倍（即2.6個(gè)天文單位）。科學(xué)家一直懷疑，該系統(tǒng)中存在一顆繞主星逆行運(yùn)行、且軌道異常寬廣的系外行星，其位置大致處于兩顆恒星之間。

然而，這種結(jié)構(gòu)與當(dāng)前行星形成理論嚴(yán)重沖突，而且缺乏直接觀測(cè)先例，因此這顆系外行星的存在一直備受質(zhì)疑。

近日，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)新的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步證實(shí)了這顆系外行星存在的可能性。他們還利用自適應(yīng)光學(xué)成像技術(shù)獲得了一個(gè)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)中的伴星其實(shí)是一顆白矮星。這一發(fā)現(xiàn)為這顆系外行星是如何在這樣一個(gè)系統(tǒng)中形成的提供了重要線索。

蛇尾三是一個(gè)雙星系統(tǒng)，包含了一顆亞巨星，一顆白矮星，以及它們之間的一顆系外行星。

研究結(jié)果已發(fā)表在近日的《自然》雜志中。

理論困局

在過(guò)去30年里，科學(xué)家已經(jīng)在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)了5000多顆系外行星。盡管這些系外行星在質(zhì)量、半徑和軌道周期上差別各異，但它們往往具有一些共同特征：例如它們大多圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)行，且軌道方向與恒星系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)方向一致，并通常出現(xiàn)在單星系統(tǒng)中。

我們的太陽(yáng)就是“獨(dú)來(lái)獨(dú)往”的單星系統(tǒng)，但宇宙中也有許多恒星屬于雙星系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，兩顆恒星通過(guò)引力相互牽引，彼此繞轉(zhuǎn)。

當(dāng)雙星之間的距離足夠大時(shí)，它們各自可以擁有行星系統(tǒng)；但在許多緊密雙星系統(tǒng)中，兩顆恒星相距較近，行星往往只能出現(xiàn)在更遠(yuǎn)的軌道上，并以圍繞雙星整體運(yùn)行的方式存在。

而蛇尾三則是一個(gè)極為反常的特例。早期的研究表明，蛇尾三中可能存在一顆軌道性質(zhì)讓人難以理解的系外行星：它的軌道幾乎位于兩顆恒星之間的中間地帶，這在理論上通常會(huì)被認(rèn)為是不穩(wěn)定的。對(duì)此，科學(xué)家始終無(wú)法找到一個(gè)既符合觀測(cè)數(shù)據(jù)、又能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的軌道模型。

要想解答與蛇尾三有關(guān)的謎題，科學(xué)家迫切需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)。

不尋常的尋常路徑

在新的研究中，研究人員使用位于智利的高精度視向速度行星搜索器（HARPS），對(duì)蛇尾三進(jìn)行了近兩年的觀測(cè)。結(jié)果顯示，蛇尾三中主星的運(yùn)動(dòng)軌跡存在周期性擺動(dòng)，這說(shuō)明它受到一顆行星的引力擾動(dòng)，從而確認(rèn)了這顆行星的存在。

隨后，研究人員進(jìn)行了一系列的模擬，發(fā)現(xiàn)若要讓這顆行星擁有穩(wěn)定的軌道，唯一可能的方式是：它必須與雙星的軌道共處一個(gè)平面，并且沿著相反方向運(yùn)行，也就是“逆行”。

但這也引出了另一個(gè)問(wèn)題：這顆逆行行星是如何產(chǎn)生的？

我們知道，行星通常起源于原行星盤——圍繞在恒星周圍的塵埃和氣體盤，這種結(jié)構(gòu)通常出現(xiàn)在恒星的早期階段，在其進(jìn)入“主序星”階段之前時(shí)形成，并且旋轉(zhuǎn)方向與恒星一致。因此，在仍處于主序星階段的系統(tǒng)中，出現(xiàn)逆行的行星是極不可能的。

在新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)蛇尾三進(jìn)行了近紅外波段的高分辨率成像。按理說(shuō)，這樣的成像技術(shù)應(yīng)該能夠分辨出兩顆恒星，但結(jié)果卻未能探測(cè)到足夠明亮的伴星。這意味著，那顆伴星不可能是一顆“主序星”。

如此一來(lái)，白矮星成為唯一合理的解釋。當(dāng)一顆太陽(yáng)質(zhì)量的恒星耗盡燃料時(shí)，其核心最終會(huì)坍縮成白矮星。

如果蛇尾三中的伴星是白矮星，那么就能為這顆行星的形成提供一個(gè)更為簡(jiǎn)潔的解釋：當(dāng)恒星演化為白矮星時(shí)，會(huì)噴射出大量物質(zhì)。據(jù)估算，以蛇尾三中的白矮星為例，其噴發(fā)出的物質(zhì)的質(zhì)量約與太陽(yáng)相當(dāng)。因此，研究人員提出，這些物質(zhì)中有一部分可能在主星周圍重新聚集，形成了一個(gè)“第二代原行星盤”。這類原行星盤可能會(huì)相對(duì)于雙星軌道方向逆向旋轉(zhuǎn)，因此在其中形成的行星，從誕生之初就可能擁有逆行軌道。

打破常規(guī)

這項(xiàng)揭示了一個(gè)引人注目的現(xiàn)象：即便是在雙星生命末期的復(fù)雜環(huán)境中，行星也依然可能形成并存活。傳統(tǒng)的行星搜尋工作往往避開這類系統(tǒng)，但蛇尾三的發(fā)現(xiàn)提示我們，這類系統(tǒng)可能遠(yuǎn)比我們想象的更常見。

但研究人員也指出，適合行星穩(wěn)定存在的雙星結(jié)構(gòu)也許依舊罕見，而且科學(xué)家也尚不清楚，那些在恒星演化之后才形成的“第二代行星”，是否具備與早期形成行星相同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

因此，繼續(xù)尋找更多類似蛇尾三的系統(tǒng)，對(duì)于理解行星在極端環(huán)境中的誕生與演化至關(guān)重要，也將為我們重新定義“宜居”宇宙中的認(rèn)知邊界。

#參考來(lái)源：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09006-x

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01445-w

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：NASA/Goddard Space Flight Center