Hade vår sol en tvilling när den föddes för 4,5 miljarder år sedan?

Nästan säkert ja - fast inte en identisk tvilling. Och det gjorde alla andra solliknande stjärnor i universum, enligt en ny analys av en teoretisk fysiker från UC Berkeley och en radioastronom från Smithsonian Astrophysical Observatory vid Harvard University.

Många stjärnor har följeslagare, inklusive vår närmaste granne, Alfa centauri, ett tripletsystem. Astronomer har länge sökt en förklaring. Är binära och trillingstjärnsystem född på det sättet? Fångade en stjärna en annan? Delas binära stjärnor ibland upp och blir enstaka stjärnor?

Astronomer har till och med letat efter en följeslagare till vår sol, en stjärna kallade Nemesis eftersom den skulle ha sparkat en asteroid i jordens bana som kolliderade med vår planet och utrotade dinosaurierna. Den har aldrig hittats.

Det nya påståendet är baserat på en radioundersökning av ett gigantiskt molekylärt moln fyllt med nyligen bildade stjärnor i stjärnbilden Perseus, och en matematisk modell som kan förklara Perseus-observationerna endast om alla sollika stjärnor föds med en följeslagare.

"Vi säger, ja, det var förmodligen en Nemesis, för länge sedan, " sa medförfattaren Steven Stahler, en forskningsastronom vid UC Berkeley.

"Vi körde en serie statistiska modeller för att se om vi kunde redogöra för de relativa populationerna av unga enstaka stjärnor och binärer av alla separationer i Perseus molekylära moln, och den enda modellen som kunde reproducera data var en där alla stjärnor bildas initialt som breda binärer. Dessa system krymper eller går sönder inom en miljon år. "

I den här studien, "bred" betyder att de två stjärnorna är åtskilda av mer än 500 astronomiska enheter, eller AU, där en astronomisk enhet är det genomsnittliga avståndet mellan solen och jorden (93 miljoner miles). En bred binär följeslagare till vår sol skulle ha varit 17 gånger längre från solen än dess mest avlägsna planet idag, Neptunus.

Baserat på denna modell, solens syskon flydde troligen och blandades med alla andra stjärnor i vår region i Vintergatan, aldrig mer ses.

"Tanken att många stjärnor bildas med en följeslagare har föreslagits tidigare, men frågan är:hur många?" sa första författaren Sarah Sadavoy, en NASA Hubble -stipendiat vid Smithsonian Astrophysical Observatory. "Baserat på vår enkla modell, vi säger att nästan alla stjärnor bildas med en följeslagare. Perseusmolnet anses allmänt vara ett typiskt stjärnbildande område med låg massa, men vår modell måste kontrolleras i andra moln."

Tanken att alla stjärnor föds i en kull har implikationer utöver stjärnbildning, inklusive själva galaxernas ursprung, Sa Stahler.

Stahler och Sadavoy publicerade sina resultat i april på arXiv -servern. Deras papper har godkänts för publicering i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Stjärnor födda i "täta kärnor"

Astronomer har spekulerat om ursprunget till binära och flera stjärnsystem i hundratals år, och har på senare år skapat datorsimuleringar av kollapsande gasmassor för att förstå hur de kondenserar under gravitationen till stjärnor. De har också simulerat samspelet mellan många unga stjärnor som nyligen befriats från sina gasmoln. Många år sedan, en sådan datorsimulering av Pavel Kroupa vid universitetet i Bonn fick honom att dra slutsatsen att alla stjärnor är födda som binära filer.

Ändå har direkta bevis från observationer varit knappa. När astronomer tittar på yngre och yngre stjärnor, de hittar en större andel binärer, men varför är fortfarande ett mysterium.

"Nyckeln här är att ingen tidigare på ett systematiskt sätt tittade på förhållandet mellan riktiga unga stjärnor och molnen som skapar dem, ", sa Stahler. "Vårt arbete är ett steg framåt i att förstå både hur binärer bildas och även den roll som binärer spelar i tidig stjärnevolution. Vi tror nu att de flesta stjärnor, som är ganska lika vår egen sol, form som binärer. Jag tror att vi har de starkaste bevisen hittills för ett sådant påstående."

Enligt Stahler, astronomer har i flera decennier vetat att stjärnor föds inuti äggformade kokonger som kallas täta kärnor, som strös ut genom enorma kyla, molekylärt väte som är plantskolor för unga stjärnor. Genom ett optiskt teleskop, dessa moln ser ut som hål på stjärnhimlen, eftersom dammet som följer med gasen blockerar ljus från både stjärnorna som bildas inuti och stjärnorna bakom. Molnen kan, dock, undersökas av radioteleskop, eftersom de kalla dammkornen i dem sänder ut vid dessa radiovåglängder, och radiovågor blockeras inte av dammet.

Perseus molekylära moln är en sådan stellar plantskola, cirka 600 ljusår från jorden och cirka 50 ljusår långa. Förra året, ett team av astronomer genomförde en undersökning som använde Very Large Array, en samling radiorätter i New Mexico, att titta på stjärnbildning inuti molnet. Kallas VANDAM, det var den första fullständiga undersökningen av alla unga stjärnor i ett molekylärt moln, det är, stjärnor mindre än cirka 4 miljoner år gamla, inklusive både enstaka och flera stjärnor ner till separationer på cirka 15 astronomiska enheter. Detta fångade alla flera stjärnor med en separation av mer än ungefär radien för Uranus bana - 19 AU - i vårt solsystem.

Stahler hörde om undersökningen efter att ha närmat sig Sadavoy, medlem i VANDAM -teamet, och be om hennes hjälp med att observera unga stjärnor inuti täta kärnor. VANDAM-undersökningen producerade en räkning av alla klass 0-stjärnor – de mindre än cirka 500, 000 år gamla - och klass I -stjärnor - de mellan cirka 500, 000 och 1 miljon år gammal. Båda typerna av stjärnor är så unga att de ännu inte bränner väte för att producera energi.

Sadavoy tog resultaten från VANDAM och kombinerade dem med ytterligare observationer som avslöjar de äggformade kokongerna runt de unga stjärnorna. Dessa ytterligare observationer kommer från Gould Belt Survey med SCUBA-2 på James Clerk Maxwell Telescope på Hawaii. Genom att kombinera dessa två datamängder, Sadavoy kunde producera en robust folkräkning av de binära och enstjärniga populationerna i Perseus, visa upp 55 unga stjärnor i 24 flerstjärniga system, alla utom fem av dem binära, och 45 enkelstjärniga system.

Med hjälp av dessa data, Sadavoy och Stahler upptäckte att alla de vidsträckta binära systemen - de med stjärnor åtskilda av mer än 500 AU - var mycket unga system, som innehåller två klass 0 -stjärnor. Dessa system tenderade också att vara i linje med den långa axeln av den äggformade täta kärnan. De lite äldre binärstjärnorna i klass I var närmare varandra, många åtskilda av cirka 200 AU, och visade ingen tendens att anpassa sig längs äggets axel.

"Detta har inte setts tidigare eller testats, och är superintressant, "Sa Sadavoy." Vi vet ännu inte riktigt vad det betyder, men det är inte slumpmässigt och måste säga något om hur breda binärer bildas. "

Äggformade kärnor kollapsar i två centra

Stahler och Sadavoy modellerade matematiskt olika scenarier för att förklara denna fördelning av stjärnor, antar typisk bildning, uppbrott och orbital krympningstider. De drog slutsatsen att det enda sättet att förklara observationerna är att anta att alla stjärnor med massor runt solens stjärnor börjar som breda klass 0-binärer i äggformade täta kärnor, varefter cirka 60 procent splittrades över tiden. Resten krymper för att bilda täta binärer.

"När ägget drar ihop sig, den tätaste delen av ägget kommer att vara mot mitten, och som bildar två koncentrationer av densitet längs mittaxeln, "sa han." Dessa centra med högre densitet kollapsar någon gång på sig själva på grund av deras självtänkande för att bilda klass 0-stjärnor. "

"Inom vår bild, enkel lågmassa, sollika stjärnor är inte ursprungliga, " tillade Stahler. "De är resultatet av upplösningen av binärer. "

Deras teori innebär att varje tät kärna, som vanligtvis består av ett fåtal solmassor, omvandlar dubbelt så mycket material till stjärnor som man tidigare trott.

Stahler sa att han har bett radioastronomer att jämföra täta kärnor med sina inbäddade unga stjärnor i mer än 20 år, för att testa teorier om binär stjärnbildning. De nya uppgifterna och modellen är en start, han säger, men mer arbete måste göras för att förstå fysiken bakom regeln.

Sådana studier kan komma snart, eftersom kapaciteten hos en nu uppgraderad VLA och ALMA-teleskopet i Chile, plus SCUBA-2-undersökningen på Hawaii, "ger oss äntligen den data och statistik vi behöver. Detta kommer att förändra vår förståelse av täta kärnor och de inbäddade stjärnorna i dem, sa Sadavoy.