太阳你到底有多少个失散的兄弟姐妹？_风闻

　　编译：李远飞

　　校对：王延昕

　　排版：况宇庭

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦

　　参考来源：

　　https://arxiv.org/pdf/2007.10339.pdf

　　https://www.space.com/22538-nemesis-star.html

　　https://www.cfa.harvard.edu/news/2020-19

　　https://www.livescience.com/planet-9-sun-twin.html

　　http://www.sci-news.com/astronomy/early-solar-system-two-suns-08761.html

　　https://www.sciencealert.com/we-may-have-found-our-sun-s-long-lost-identical-twin-star

　　https://www.scientificamerican.com/article/the-long-lost-siblings-of-the-sun/

太阳曾经也是双星系统的一部分？

图源：Michael Osadciw/University of Rochester

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结伴而行的恒星们　　这事儿吧，得先从恒星摇篮说起。

　　通俗地讲，恒星摇篮含有大片由气体和尘埃构成的广阔的分子云，这些分子云形成星团团块，继而坍塌并形成恒星的初始阶段。绝大多数恒星都是以此方式在各个星团内与它的“团友们”几乎同时形成。我们的太阳诞生时所在的星团，直径大约10光年，内含大约1500-3500颗大小不一的恒星。但这个星团并不稳定，在最初的太阳系形成后不久便宣告解散，由此太阳的兄弟姐妹分散于银河系之中。

　　虽说摇篮里的恒星宝宝们最终分散开来各谋出路，但是绝大部分都是结伴上路。科学家估计大约有85%的恒星属于双星系统或是三合星、四合星系统，而所有类太阳星里超过一半处于双星系统中。相比之下，我们唯一的太阳显得如此孤独，这不禁让人觉得有些奇怪。如今，一些证据让天文学家怀疑太阳也曾拥有一颗伴星，但某些突发的宇宙事件将它们残忍地分离了开来。

　　小编：恒星都成双成对，你呢？

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天谴之星涅墨西斯

　　涅墨西斯星（Nemesis，意为天罚/天谴，也称为黑暗伴星）是科学家假想出来的一颗红矮星，曾经是早期太阳的伴星。这个理论有希望解释地球上物种大灭绝的周期性。科学家们认为这样一颗伴星可以影响太阳系边缘天体的运行轨迹，让它们偏转，与地球相撞。

涅墨西斯星(图中最右)也许能解释太阳系边缘天体的异常运行轨迹 

图源：azeheblab

　　早在20世纪80年代初期，科学家们就注意到地球上物种的灭绝似乎有一种周期性——每2700万年就会频繁发生大灭绝。这样漫长的周期性让他们转向宇宙事件寻求解释。

　　1984年，加州大学伯克利分校的理查德·穆勒教授(Richard Müller)设想在1.5光年外存在一颗红矮星作为太阳伴星，后续的理论则认为这颗星可能是褐矮星或是白矮星，或者是一颗几倍木星质量的低质量恒星。所有这些假说中的恒星都只发出微弱的光，使得它们很难被发现。

　　科学家假设的这颗星——涅墨西斯星——会影响奥尔特云。奥尔特云是理论推测中存在的一个天体，它围绕整个太阳系，处于比冥王星还要遥远的太阳系边缘，大部分由冰质岩石构成。云中的天体在长周期的椭圆轨道中绕太阳运行。当轨道改变进入内太阳系时，它们的冰层便会升华/融化，形成身后长长的彗星尾，成为我们肉眼可见的美丽的彗星。

彗星轨道与奥尔特云

图源: Future PLC

　　一些科学家认为，这颗涅墨西斯星每2700万年就会穿过奥尔特云，把其中的天体踢出奥尔特云的球层，其中一部分天体飞往内太阳系——包括地球。由此，这一时期里地球被小行星和彗星击中的几率大大增加，发生大灭绝也就更加可能。

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第九行星？奥尔特云？

　　最近，哈佛大学教授亚伯拉罕·勒布（Avi Loeb）和本科生埃米尔·西拉杰（Amir Siraj）在《天体物理学杂志通讯》上发表了论文，对太阳系“第九行星”和奥尔特云内天体提出了一种可能的解释：他们的研究显示如果太阳在处于诞生星团时曾有一个与其质量相仿的伴星，双星系统可以更高效地捕获周围的物质，由此便可以解释太阳系中神秘的“第九行星”引力源的形成和奥尔特云拥有不符现有模型的大量天体这两个现象。

巨大无比却又无法观测到的奥尔特云真的存在嘛？

图源：wiki

　　奥尔特云是一个谜一般存在的区域。不像太阳系的八大行星和小行星带一样几乎都呆在一个平面圆盘（行星盘）上，奥尔特云是一个包裹了太阳系的球壳，包含了无数宇宙废墟。和内侧的行星相比，在奥尔特云区域太阳引力作用极为微弱，其中天体可以轻松摆脱太阳系流浪星际宇宙。奥尔特云中最遥远的天体几乎和太阳系没有多少关联，离太阳的距离达100,000个天文单位（一个天文单位AU是太阳到地球的平均距离）。勒布说，这其实和它与半人马座阿尔法星 (Alpha Centauri，离太阳最近的恒星系统) 之间的距离都差不多了(尚有争议）。如果所有的恒星星系都有一个这样的奥尔特云，那么恒星间其实十分拥挤，就像开打前的台球一样互相贴在一起。

　　奥尔特云里没有像八大行星一样巨大的天体，如果宇宙飞船从中飞过很可能什么都看不到。即便如此，它还是包含了超出我们预料更多的天体，勒布说。云中大约藏匿有一千亿个小天体，绝大部分都是岩石和冰块。但实际上，由于距离和大小原因，我们还从未直接观测到过奥尔特云，但是我们已经有了挺充足的证据：彗星不就是从奥尔特云不小心飞进内太阳系的嘛。

　　我们甚至有一些证据显示奥尔特云里还藏了质量更大的天体。近些年来，科学家们在观测海外天体（Trans-Nepturian Object，海王星轨道以外太阳系内天体）时留意到它们轨道的异常，并认为这很有可能是由一个未知的“第九行星”引力影响所造成。据估算，这样一颗“第九行星”应当有十倍地球质量。

　　天文学家们一直对TNO海外天体的异常质量感到头疼，而为什么奥尔特云是球形而非环带状也困扰着他们。“这些遥远的结构到底是如何形成的呢？一个普遍的理论认为它们可能是由构成行星的原行星盘散落而成的。”勒布介绍到。

　　奥尔特云里确信有一部分天体来自于内太阳系，但是原行星盘里的大型天体仅占TNO大型天体总数的1/50，而对奥尔特云形成过程的电脑模拟显示其来自于内太阳系的成员应该占其持有总量的1/10到1/3。显然我们无法通过原行星盘散落理论来解释奥尔特云的体量。再加上我们对第九行星的假说，拥挤的奥尔特云将变得更难以解释了。

4

太阳双星系统

　　不是聊太阳的N胞胎嘛，怎么扯了那么多奥尔特云？

　　那是因为：

　　太阳双星系统模型可能是奥尔特理论拼图中缺失的那一块！

艺术家笔下的双星系统

图源：NASA

　　前述论文的作者之一西拉杰认为这一模型不应当让科学家们过于惊讶。“之前的模型在推测奥尔特云天体数量形成时遇到了困难，而我们所提出的双星模型使这个理论得到了巨大的修正和进步。现在回想起来这个模型其实显而易见（不知道为什么我们以前没有想到），因为大部分类日恒星在诞生之初就有其伴星作陪。”

　　如果奥尔特云当真是在一颗早期的太阳伴星的帮助下捕获的，那我们对太阳系如何形成的理解将会迎来重大的改变。“双星系统在捕获流浪天体时极大地提升了效率，”勒布说，“如果奥尔特云是像我们推测的那样形成，这将意味着太阳的确曾经有一个类似质量的伴星，但在太阳离开它的诞生星团之前不知为何失散了。”

　　如果奥尔特云的确是被捕获的，那将颠覆我们对太阳系形成过程的认知，并有望解决一些关于地球上生命起源的问题。“位于奥尔特云外层的天体可能曾在地球历史中担当过重要的角色，例如（可能）把水分子带到地球还有导致了恐龙的灭绝。”西拉杰说。“了解这些天体的起源很重要。”

　　这个模型对“第九行星”的假说也有意义。勒布和西拉杰认为第九行星并不是孤零零地待在太阳系边缘，“这个谜题不仅有关奥尔特云，而且还与海外天体有关，例如可能存在的第九行星。我们不清楚这些天体是从何而来，而我们新的模型预言那里应该有更多拥有和第九行星差不多轨道方向的天体。”

　　奥尔特云和第九行星被预测的位置都离太阳太遥远了，以至于直接观测和判定对于如今的研究者们来说极为困难。但是维拉·C·鲁宾天文台 (Vera C. Rubin Observatory, VRO，也被称为大口径综合巡天望远镜LSST) 将于2021年初投入运行，有望解决“第九行星”是否存在的问题，以及如果存在又有怎样的起源问题。西拉杰对此持乐观态度， “如果VRO证实了第九行星的存在和它（是）被捕获的来源，并且发现了一群也是被这样捕获的矮行星，那么双星模型将会取代我们一直以来假设的太阳孤零零存在的历史。”

　　如果太阳的确在早期有过一颗伴星促成了外太阳系的形成，它现在的缺席促使我们提出这个问题：

　　伴星去哪了？

　　“在太阳的诞生星团里路过的其他恒星可能用它的引力影响带走了这颗伴星，”勒布说，“但是在太阳与其伴星分离之前，太阳系应当已经捕获了它的外部包层，即奥尔特云和以第九行星为代表的一群矮行星。”西拉杰补充道，“太阳失散的手足现在可能存在于银河系内的任何地方。”

5

寻找太阳失散的亲戚

　　在2018年末，一个由来自葡萄牙天体物理和空间科学研究所（Institute of Astrophysics and Space Sciences (IA), Portugal）的研究员领导的小组试图寻找太阳的兄弟姐妹。多亏了欧洲航天局ESA的宇宙测量计划盖亚GAIA提供的详细恒星目录，他们的研究有当时最前沿的资源，包括更多的恒星数量，更多元素的化学丰度和更加精确的数据。

　　这项研究最终指向了HD186303，它不仅是太阳在星团阶段的兄弟，而且还是特别的一位，它与我们的太阳出奇地相似!

　　它是一颗G型主序星，体积上只比太阳大了一丢丢，有着和太阳差不多的表面温度和光度。它的化学丰度构成也和太阳极度近似，并且年龄和太阳差不多-也就大概45亿岁。比起在2014年被天文学家识别为太阳兄弟的F型星HD162826，它是一个更相似的匹配结果。

　　“我们其实并不确定太阳是从何诞生的，所以任何被识别为太阳兄弟的恒星都是我们探寻太阳系历史的线索。研究这些太阳兄弟恒星可以帮助我们了解太阳是在何处、在什么样的条件下诞生的。“IA天文学家瓦尔丹·阿迪贝基扬（Vardan Adibekyan）说。

　　不止如此。我们所确定宇宙中唯一一个孕育了生命的地方位于太阳系。这意味着太阳的体积，年龄，温度，光度和化学构成都与我们所知的碳基生命相兼容。由此来看围绕着太阳兄弟恒星公转的行星也有可能发展出了生命，一个太阳的双胞胎恒星代表了一个更加有希望的生命选择。

　　阿迪贝基扬说：“一些理论计算表明，在地球的晚期重轰击后期，生命从地球扩散到其他行星或系外行星的可能性是不可忽略的。”

　　“如果我们足够幸运，识别出来的类太阳星系统内正巧有行星，又正巧它们中有类地行星处于宜居带，还正巧也被地球上的生命种子所‘临幸’，那我们就有一个梦寐以求的地球2.0绕着太阳2.0公转的系统了！“

　　这里的确需要发生不少“正巧”，但是无论这几率多微小，所有的条件确实有可能重合。IA的天文学家正努力探寻任何绕HD186302公转的行星存在的迹象。

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结语：

　　关于太阳同胞兄弟的研究都带有巨大的不确定性，无论是从宇宙中双星系统比例的推测，还是由大灭绝周期性推导，甚至于神秘的“第九行星”和奥尔特云，科学家们至今还未找到太阳系曾经是双星系统的决定性证据，甚至连第九行星是否真正存在学术界也无法确定。欢迎大家在评论区理性讨论，大开脑洞呀~

『天文时刻』 牧夫出品

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仙女座的光晕

Digital Illustration Credit: NASA, ESA, J. DePasquale and E. Wheatley (STScI) and Z. Levay）