同時繞著兩個太陽運行的行星經常出現在科幻小說中。在現實宇宙中，它們是罕見的。
在已確認的6000多顆系外行星中，只有14個是由兩顆恆星形成的軌道系統。這個數字遠低於天文學家在考慮成對恆星的數量時所預期的結果。
來自美國加州大學柏克萊分校和黎巴嫩貝魯特美國大學的研究人員於 2025 年 12 月在《天文物理學雜誌快報》上發表了一項研究。他們調查了可能導致這種短缺的原因。計算表明，阿爾伯特愛因斯坦廣義相對論所預測的效應會導致這些行星的軌道隨著時間的推移而變得不穩定。
軌道進動影響環繞雙星世界的穩定性
在雙星系統中，兩顆恆星相互繞轉。圍繞兩顆恆星旋轉的行星會受到兩顆恆星的綜合引力影響。這種力導致行星軌道的方向緩慢改變，這種現象稱為軌道進動。
恆星本身也會發生同樣的過程。這種方向的改變部分來自廣義相對論。數百萬年來，恆星之間的潮汐相互作用導致它們之間的距離逐漸減少。
這種方法改變了恆星圍繞彼此旋轉的速度。數學和計算機模擬模型表明，廣義相對論引起的進動在這種情況下會增強。
結果是共振增加了行星軌道的偏心率。軌跡變得越來越長。
- 這顆行星可能會被完全從系統中彈出。
- 它可能離其中一顆恆星太近而被潮汐力擾亂。
- 在許多情況下，行星最終會被其中一顆恆星吞噬。
研究人員估計，相對論效應使緊密雙星中的十顆行星中約有八顆不穩定。其中，大約 75% 會在過程中被銷毀。
緊密的二元系統形成了明顯的不穩定區域
軌道周期為 7 天或更短的雙星集中了大部分觀測到的食系統。正是在這些情況下，繞雙星行星的稀缺性變得更加明顯。天文學家將這個區域稱為行星沙漠。
已知的 14 顆繞雙星行星中有 12 顆的軌道正好超出這個不穩定區域。這表明它們中的許多在更遠的地方形成並隨後向內遷移。在不穩定邊界附近形成一顆行星將是極為困難的。
模型表明，廣義相對論和潮汐軌道收縮的結合清除了緻密雙星附近的區域。設法生存下來的行星的軌道更寬，相對論效應不那麼強烈。
發現加強了對多個系統中行星形成的理解
大多數已知的系外行星都是透過凌日速度或徑向速度來探測到的。當行星繞著單顆恆星運行時，這兩種方法效果最佳。雙星系統使觀測變得複雜，因為兩顆恆星產生更複雜的訊號。
即便如此，自從開普勒望遠鏡運行的第一年以來，繞雙星行星數量較少的現像已經引起了人們的關注。天文學家預計有數百例。相反，他們發現了一小部分。
該研究提供了與觀測數據一致的理論解釋。他不排除其他因素，例如檢測困難或形成過程不同。但它確實表明，受廣義相對論影響的軌道動力學在這些世界的稀有性中發揮著重要作用。
與科幻小說的比較突顯了與觀察到的現實的對比
像《星際大戰》中的塔圖因這樣的世界激發了一代又一代觀眾的想法：一顆行星被兩個太陽照亮。實際上，宇宙表明這種配置的穩定條件並不常見。
14例確診病例是有價值的例外。它們使科學家能夠在複雜環境中測試行星形成和演化的模型。未來使用更靈敏的望遠鏡進行的觀測可能會揭示，在遠離雙星的區域是否存在更多的繞雙星行星。
這項工作有助於完善對多個系統中可能存在多少可居住或有趣的行星的預期。它也強調了 1915 年的廣義相對論對於解釋當前的天文物理現象仍然具有重要意義。
這些數字揭示了雙星中系外行星的哪些訊息
- 總共有超過 6000 顆已確認的系外行星。
- 只有 14 顆同時繞著兩顆恆星運行。
- 已知的 14 個星體中的大多數位於緊密的雙星不穩定區域之外。
- 模型顯示 80% 的附近行星會因廣義相對論而變得不穩定。
- 大約 75% 不穩定的行星將被摧毀。
這些數據來自開普勒和 TESS 等任務累積的觀測結果，並與最近的理論模擬相結合。
尋找雙星系統中行星的後續步驟
天文學家計劃繼續用高精度儀器監測已知的雙星。目標是探測更多候選者並確認更遠距離的穩定軌道。
類似的研究也指導了對未來太空望遠鏡數據的解釋。了解不穩定的機制有助於區分行星的真實缺失和探測限制。
2025 年 12 月發表的研究為更準確的多個行星系統演化模型鋪平了道路。它展示了一個多世紀前預測的微妙力量如何塑造我們今天在宇宙中觀察到的現象。