45亿年前太阳诞生时，它几乎可以肯定曾是一个双星系统的一员——但宇宙中其他类太阳恒星也无一例外。
许多恒星都有伴星，包括我们最近的邻居半人马座α星，这是一个三星系统。天文学家长期以来一直在寻找解释：双星和三星系统诞生时就是如此吗？一颗恒星是否捕获了另一颗？双星有时会不会分开，成为单星？
天文学家甚至寻找过太阳的伴星。这颗恒星被称为“复仇女神星”，因为据说它曾将一颗小行星踢入地球轨道，导致小行星撞上地球并灭绝恐龙。不过，这颗恒星始终未被发现。
这项新理论基于对英仙座一片巨大分子云的射电观测。这片分子云中充满了新近形成的恒星。研究人员还建立了一个数学模型，只有假设所有类太阳恒星出生时都有伴星，才能解释对英仙座的观测结果。
“我们认为，答案是肯定的，很久以前很可能确实有一颗复仇女神星，”论文共同作者、加州大学伯克利分校研究天文学家史蒂文·斯塔勒说。
“我们运行了一系列统计模型，试图解释英仙座分子云中年轻单星与不同间距双星的相对数量。唯一能够再现观测数据的模型是：所有恒星最初都以宽距双星的形式形成。这些系统随后会在一百万年内要么距离缩短，要么分裂。”
在这项新研究中，该研究已获《英国皇家天文学会月刊》接收发表。“宽距”指两颗恒星相距超过500个天文单位（AU）。一个天文单位是太阳与地球之间的平均距离（9300万英里）。如果太阳有一颗宽距双星伴星，它与太阳的距离将是如今最远行星海王星距离太阳的17倍。
根据这一模型，太阳的同胞恒星很可能已经逃离，并与银河系中我们所在区域的其他恒星混在一起，再也不会被发现。
“许多人认为恒星形成时有伴星，这个观点以前就有人提出过，但问题是：究竟有多少恒星如此？”论文第一作者、史密森尼天体物理观测站美国国家航空航天局哈勃项目研究员萨拉·萨达沃伊说。“根据我们的简单模型，我们认为几乎所有恒星形成时都有伴星。英仙座分子云通常被认为是一个典型的低质量恒星形成区域，但我们的模型还需要在其他分子云中进行验证。”
一窝恒星
斯塔勒说，所有恒星都像一窝中的幼崽一样诞生这一观点，其影响超越恒星形成本身，甚至涉及星系的起源。
数百年来，天文学家一直在推测双星和多星系统的起源。近年来，他们通过计算机模拟不断坍缩的气体团，试图了解气体如何在引力作用下凝聚成恒星。他们还模拟了许多刚从气体云中脱离的年轻恒星之间的相互作用。几年前，波恩大学的帕维尔·克鲁帕进行了一项此类计算机模拟，并据此得出结论：所有恒星出生时都是双星。
然而，观测所得的直接证据一直很少。天文学家观测的恒星越年轻，发现其中双星所占比例就越高，但原因仍是个谜。
“关键在于，以前没有人系统地研究过真实的年轻恒星与孕育它们的分子云之间的关系，”斯塔勒说。“我们的研究让人们进一步了解双星如何形成，以及双星在恒星早期演化中发挥什么作用。我们现在认为，大多数恒星与我们的太阳相当相似，形成时都是双星。我认为，这是迄今支持这一论断的最有力证据。”
几十年来，天文学家一直知道，恒星诞生于蛋形的茧状结构中，这些结构称为致密核，散布在巨大的冷分子氢云中。分子氢云是年轻恒星的摇篮。通过光学望远镜观测，这些云看起来像繁星天空中的空洞，因为伴随气体的尘埃会遮挡在云中形成的恒星以及云后方恒星发出的光。不过，射电望远镜可以探测这些云，因为其中的冷尘埃颗粒会发出这些波长的射电信号，而尘埃不会阻挡无线电波。
英仙座分子云就是这样一个恒星摇篮，距离地球约600光年，长度约50光年。去年，一组天文学家完成了一项观测，使用位于新墨西哥州、由多面射电天线组成的甚大天线阵，研究这片云中的恒星形成。该观测名为VANDAM，是首次对分子云中的所有年轻恒星进行完整普查；这些恒星的年龄均不足约400万年，既包括单星，也包括多星系统，观测到的间距最小约为15个天文单位。这项观测涵盖了所有恒星间距大于太阳系中天王星轨道半径（19 AU）左右的多星系统。
斯塔勒听说这项观测后，联系了VANDAM团队成员萨达沃伊，请她协助观测致密核中的年轻恒星。VANDAM观测统计了所有0类恒星（年龄不足约50万年）和I类恒星（年龄约在50万至100万年之间）。这两类恒星都非常年轻，还没有开始通过燃烧氢来产生能量。
萨达沃伊将VANDAM的结果与其他观测结合起来，后者揭示了包围年轻恒星的蛋形茧状结构。这些补充观测来自夏威夷詹姆斯·克拉克·麦克斯韦望远镜上的SCUBA-2所开展的古尔德带巡天。通过结合这两组数据，萨达沃伊得以可靠统计英仙座的双星与单星数量：在24个多星系统中发现了55颗年轻恒星，其中除5颗外，其余均属于双星系统；此外还发现了45个单星系统。
利用这些数据，萨达沃伊和斯塔勒发现，所有相距较远的双星系统——即恒星间距超过500 AU的系统——都非常年轻，包含两颗0类恒星。这些系统也往往与蛋形致密核的长轴对齐。稍年长的I类双星距离更近，许多恒星间距约为200 AU，而且没有沿着蛋形结构长轴排列的趋势。
“这并非随机”
“以前从未有人观察或检验过这一现象，这非常有趣，”萨达沃伊说。“我们还不完全清楚这意味着什么，但它并非随机，一定说明了宽距双星的形成方式。”
研究人员对各种情景进行了数学建模，以解释恒星的分布。他们假设了典型的形成、分裂和轨道距离缩短时间，最终得出结论：解释观测结果的唯一方式，是假设所有质量与太阳相近的恒星最初都在蛋形致密核中以宽距0类双星的形式形成，之后约60%的系统随着时间推移而分裂。其余系统则逐渐收紧，形成紧密双星。
“随着蛋形结构收缩，其中密度最高的部分会移向中心，并沿着中轴形成两个密度集中区。这些高密度中心在某个阶段会因自身引力而坍缩，形成0类恒星。”
“在我们的图景中，低质量的类太阳单星并非原生形成，”斯塔勒说。“它们是双星分裂的结果。”
他们的理论意味着，每个通常包含数个太阳质量物质的致密核，转化为恒星的物质量是此前认为的两倍。
20多年来，斯塔勒一直请射电天文学家将致密核与其中嵌入的年轻恒星进行比较，以检验双星形成理论。新的数据和模型只是一个开端；要理解这一规律背后的物理机制，还需要开展更多研究。
萨达沃伊说，这类研究可能很快就会出现，因为经过升级的甚大天线阵、智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列望远镜，以及夏威夷的SCUBA-2巡天“终于为我们提供了所需的数据和统计结果。这将改变我们对致密核及其中嵌入恒星的认识。”
