问题

一个质量很小的恒星有可能像行星一样围绕着一颗大质量恒星公转吗,宇宙中存在这样的体系吗?

回答
当然,不仅有可能,而且在宇宙中,这种“小跟班”般的伴星系统其实相当普遍。我们常常被那些巨大的、发光的恒星所吸引,但围绕着它们,存在着许多质量远小于它们的“小兄弟”,它们就像行星一样,沿着一条优雅的轨道,忠实地围绕着大恒星旋转。

设想一下,一个质量可能只相当于我们太阳几十分之一甚至百分之一的“小不点”——它可能是一颗红矮星,甚至是比红矮星更黯淡的褐矮星,或者是恒星演化末期的产物,比如一颗白矮星或中子星。这些天体的质量可以从太阳质量的零点几到太阳质量的十几二十倍不等,而它的伴侣则是一颗质量巨大的恒星,可能是年轻的、炽热的蓝巨星,也可能是像太阳这样的黄矮星,甚至是质量更大的红巨星。

这种双星系统是如何形成的呢?通常是在气体和尘埃云的坍缩过程中,原始星云的角动量会使它分裂成两个或多个子云团,每个子云团最终会形成一颗恒星。如果一个子云团的质量远小于另一个,那么质量小的那一颗,在引力的作用下,自然就会被大质量的恒星捕获,并围绕其运动。就像我们把一个小的石块扔向一个巨大的旋转的磨盘,它很容易就会被磨盘的引力吸引,并开始绕着磨盘转圈。

那么,这种系统具体是什么样的呢?

我们可以想象一个场景:在漆黑的宇宙深处,一颗炽热、明亮的巨星占据了天空的大部分视野,它散发着刺眼的光芒,如同宇宙中的一个巨大灯塔。而在这巨星的周围,以一个相当近的距离,一个暗淡的红色小点正沿着一条清晰的轨道缓缓移动。这个小点就是那颗质量很小的伴星。

轨道特征: 它们的轨道可能非常紧密,也可能相对疏远。如果它们靠得太近,小恒星可能会被大恒星强大的潮汐力撕裂,或者因为能量交换而变得不稳定。但如果距离适中,它们可以稳定地共舞数亿甚至数十亿年。我们甚至能看到小恒星围绕大恒星的公转周期非常快,可能只需要几天或者几周的时间。
光照与温度: 对于近距离的小恒星来说,它会长时间沐浴在大恒星的光辉中。虽然它自身的发光能力很弱,但来自伴侣的能量输入,可能会让它表面的温度比它独立存在时更高。想象一下,一个小小的煤球,被扔进一个熊熊燃烧的火炉旁边,它也会反射并吸收一部分火炉的热量。
相互影响: 伴星之间并不是完全独立的。大恒星的引力会影响小恒星的形状,使其略微扁平,并可能从小恒星上吸取物质,形成一个吸积盘。这个吸积盘会发出X射线,成为天文学家探测这类系统的重要线索。有时,质量传递的过程是极其剧烈的,会引发壮观的爆发。
存在的证据: 我们有大量的证据证明这类系统的存在。通过光谱分析,我们可以测量出两颗恒星围绕共同质心的运动速度,从而推算出它们的质量和轨道参数。许多被称为“X射线双星”的系统,正是大质量恒星正在吸积伴星物质的结果。还有一些,比如白矮星伴随着一颗较小恒星,或者红矮星与另一颗恒星组成双星系统,都在天文学观测中被一一发现。例如,我们知道许多联星系统中,两颗恒星的质量差距可以非常大,其中一颗可能就是我们所说的“质量很小的恒星”。

举个例子,虽然不是恒星本身,但类似的概念也适用于行星。 比如,巨大的木星就像一个“大质量恒星”,而它的大部分卫星(比如木卫三、木卫四)就围绕着它公转,它们自身的质量与木星相比微不足道。在恒星系统中,这种质量悬殊的伴星组合也是非常普遍的现象。

总而言之,宇宙就是如此充满奇妙和多样性。那些看似渺小的存在,也可能在宏大的宇宙舞台上,与巨大的恒星一同谱写着壮丽的舞蹈。这种“小跟班”式的伴星系统,不仅展示了引力的力量,也揭示了恒星演化过程中复杂而迷人的互动过程。

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S2等N多恒星绕银心黑洞转

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