VLT鉴定最古老的孪生太阳

借助欧洲南方天文台（ESO）的甚大望远镜（VLT），由巴西天文学家领衔的国际团队鉴定并研究了迄今最古老的“孪生太阳”的数据。这颗编号HIP 102152的恒星，离地球约250光年，比其他的孪生太阳更相似于我们的太阳，只不过它年老了近40亿岁。这颗老年的孪生太阳恒星提供了空前的机会，让我们了解太阳将如何演化。新观测还首次提供了重要而清晰的线索，把类太阳恒星的年龄与锂丰度关联起来，另外HIP 102152系统可能拥有类地行星。

孪生太阳的演化示意图，最左边是原始星云，左中是太阳，右边是HIP 102152，最右边是红巨星。大图下载：14.0MB，版权：ESO，原作者团队。

天文学家用望远镜观测我们的太阳还不到400年，相比于太阳的46亿岁而言，这实在微不足道。研究我们的母恒星的未来和过去都极为艰难，但是，我们可以通过搜寻与太阳极为相似的但却不在同一年龄段的恒星（当然不会很多），来达到目的。现在，天文学家鉴别出一颗与太阳极为相似的恒星，只不过老了40亿年——就好像见识了真实的双生子佯谬（注1）。

研究报告合作者、研究团队领队、巴西圣保罗大学的Jorge Melendez解说：“几十年来，天文学家一直在搜寻孪生太阳恒星，以便更好地了解给予我们生命的太阳本身。但是，自从1997年发现第一颗以来，收获寥寥无几。现在，我们通过甚大望远镜的超高精度光谱仪，可以极高精度分析孪生太阳，回答太阳到底有多特殊的疑问。”

团队研究了两个孪生太阳（注2）：一个是比太阳年轻的天蝎座18，另一个就是年老很多的HIP 102152，他们使用ESO位于智利帕拉纳尔天文台上VLT的紫外和可见光中阶光栅仪（UVES），详细分析了它们的化学成份和其他属性。
 

HIP 102152在摩羯座的定位。版权：ESO，IAU，夜空和望远镜杂志。

他们发现，位于摩羯座的HIP 102152是迄今已知最古老的孪生太阳。光谱分析说明它已经有82亿岁了，而太阳仅有46亿岁。而天蝎座18则比较年轻，仅有29亿岁。

对古老的孪生太阳的研究，有助于研究者了解当太阳变老时会怎样，而且他们已经有了重大发现。Melendez继续解释：“我们还有一个问题想搞清楚：太阳的化学成份是否典型？最重要的是，为何它的锂（Li）丰度这么低？”

锂是化学周期表中的第3号元素，都形成于宇宙大爆炸后。多年以来，天文学家一直在思考为何某些恒星的锂含量低于另一些。通过对HIP 102152的观测，天文学家在解决锂含量谜团问题上前进了一大步——他们确定了类太阳恒星的年龄与Li丰度存在强的（负）相关性。

我们太阳当前的Li含量仅为诞生时的1%。考察年轻的孪生太阳的光谱，显示它们含有多得多的Li，但是在此之前，科学家尚未能给出Li丰度与恒星年龄间的清晰关系（注3）。
 

PDF插图，各个孪生太阳的锂丰度对比（纵坐标是对数形式）。

研究报告首席作者、同在圣保罗大学的TalaWanda Monroe总结道：“我们发现，HIP 102152的Li丰度极低。这就首次清楚地说明，老年孪生太阳的锂含量确实明显低于太阳和更年轻的同类。我们确信，随着恒星年龄的增长，它们以某种方式消灭了Li，而太阳的Li丰度与它的年龄是相称的。”（注4）

本故事的特别之处在于，HIP 102152的化学成份与大部分的孪生太阳有差异，却与我们的太阳很相似。它们的化学成份中都缺少广泛存在于地球和陨石中的元素。这强烈暗示该恒星系统含有类地行星（注5）。

TalaWanda Monroe团队的研究报告发表在近期出版的《天体物理学期刊通讯》上，标题：“对老年孪生太阳HIP 102152的高精度成份分析，揭示其锂消耗的程度”。

附注

1、许多人听说过孪生子佯谬：一对双胞胎，在太空中旅行的那位，当其回到地球时，会比地面上的那位年轻。虽然本例中不涉及时间旅行，但是这两颗极为相似的恒星却有着不同的年龄，就好像太阳在不同时间段的快照似的。

HIP 102152的地面巡天图像（正中央），版权：ESO，DSS2。

2、根据恒星与太阳的类似程度，分为孪生太阳、太阳类似星和类太阳恒星。孪生太阳与太阳在质量、表面温度和化学成份方面极为相似。孪生太阳很罕见；而其他类型，类似点越少，恒星越常见。

3、虽然尚有争议，但先前的研究指出，假如恒星系统含有巨行星，则其锂含量会受到影响。

4、我们尚不很确定恒星是如何破坏锂的，但有几个过程能把Li从恒星表面带到内核（比如对流），并被高温破坏。

5、假如一颗恒星缺乏我们在类地行星中常见的元素，那表明它可能存在类地行星。因为当它们从母恒星周围形成时，就锁定了这些重元素。该推测因ESO的高精度径向速度法系外行星探测仪（HARPS）对它的观测结果而进一步强化——观测未在宜居带内发现巨行星。这样HIP 102152存在潜在的类地行星的可能性更大。假如恒星系统在内侧存在巨行星，那么类地行星都会被引力扰动而驱逐或破坏，发现它们的概率极小。