华威大学、美国海军天文台、巴黎天文台和海德堡大学的一项新研究发现,富含致密元素的小而坚硬的行星在其主恒星死亡时最有可能避免被压碎和吞噬。
来自天文学和天体物理学小组的天体物理学家们模拟了不爱博网站同行星在其主恒星变成白矮星时被潮汐力摧毁的可能性,并确定了决定它们是否避免毁灭的最重要因素。
他们的系外行星“生存指南”可以帮助天文学家找到围绕白矮星的潜在系外行星,因为新一代更强大的望远镜正在开发中,以寻找它们。他们的研究发表在《科学》杂志上皇家天文学会月刊。
大多数恒星,比如我们的太阳,最终都会耗尽燃料,缩小,变成白矮星。一些绕轨道运行的天体在恒星抛离其外层时所造成的漩涡中没有被摧毁,随着恒星坍缩并变得超致密,它们将受到潮汐力的变化。施加在任何绕轨道运行的行星上的引力将是强烈的,可能会把它们拖到新的轨道上,甚至把一些行星推到太阳系更远的地方。
通过模拟白矮星的重力变化对轨道上的岩石体的影响,研究人员已经确定了最可能导致行星在恒星的“破坏半径”内移动的因素;在距离恒星的距离上,仅靠自身引力结合在一起的物体将因潮汐力而解体。在毁灭半径内,将形成由被毁灭行星的碎片组成的圆盘。
尽管行星的生存取决于许多因素,但模型显示,行星质量越大,就越有可能被潮汐相互作用摧毁。
但是仅仅根据质量并不能确定是否会毁灭:低粘度的系外地球很容易被吞噬,即使它们位于白矮星中心到其毁灭半径之间距离的5倍之内。土星的卫星土卫二——通常被描述为“脏雪球”——是一个均匀的非常低粘度行星的好例子。
高粘度的系外地球只有在距离白矮星中心和它的毁灭半径两倍的距离内才容易被吞噬。这些行星将完全由重元素组成的致密核心组成,其组成与华威大学另一组天文学家最近发现的“重金属”行星相似。那颗行星没有被吞没,因为它和小行星一样小。
华威大学物理系的迪米特里·维拉斯博士说:“这篇论文是有史以来第一次专门研究白矮星和行星之间潮汐效应的论文之一。这种类型的建模在未来几年将越来越有意义,届时可能会在白矮星附近发现更多的岩石体。”
“我们的研究虽然在几个方面很复杂,但只研究结构一致的同质岩石行星。像地球这样的多层行星,计算起来要复杂得多,但我们也在研究这样做的可行性。”
与恒星的距离,就像行星的质量一样,与生存或被吞噬有着密切的关系。与恒星之间总会有一个安全距离,而这个安全距离取决于许多参数。一般来说,一颗位于白矮星附近的岩质均匀行星,其距离超过水星与太阳之间距离的三分之一,就保证不会被潮汐力吞没。
维拉斯博士说:“我们的研究促使天文学家寻找靠近白矮星毁灭半径的岩石行星,但就在白矮星毁灭半径之外。到目前为止,观测都集中在这个内部区域,但我们的研究表明,岩石行星可以在与白矮星的潮汐相互作用中幸存下来,从而将行星稍微向外推。
天文学家还应该在已知的碎片盘中寻找几何特征。这些特征可能是位于毁灭半径外的行星引力扰动的结果。在这些情况下,这些圆盘可能是由小行星周期性地接近并进入白矮星的破坏半径而形成的。”
这项研究得到了英国科学技术设施委员会的支持。
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