天文學家長期以來面臨著一個奇怪的矛盾：大多數恆星是成對誕生的，而大多數恆星都有行星，因此按照邏輯，圍繞兩顆恆星運行的行星應該很常見。然而，實際上，圍繞雙星運行的行星卻異常稀少。當科學家們對這類行星進行統計時，得出的數字令他們震驚。在超過 6,000 顆確認的系外行星中，只有 14 顆圍繞雙星系統運行。這一謎團持續了十多年，無論是行星形成理論還是望遠鏡的限制都無法解釋這一現象。如今，一項新的研究揭示了原因。研究表明，這些行星的確存在，但隨著兩顆恆星緩慢改變其軌道，這些行星最終會被摧毀或驅逐。
研究人員專注於緊密的雙星系統，這些恆星彼此緊密圍繞，通常在七天內完成一次公轉。這些系統特別重要，因為 NASA 的 Kepler 和 TESS 任務觀測到了數千個此類系統。“一般來說，圍繞雙星的行星非常稀少，對於公轉周期在七天或更短的雙星系統則幾乎沒有，”該研究的第一作者、加州大學伯克利分校的博士後研究員 Mohammad Farhat 表示。Kepler 僅識別了約 3,000 顆食雙星，這些雙星從我們的角度看會定期相互掩蔽。由於約 10% 的單顆恆星擁有大型行星，天文學家原本預計能找到大約 300 顆圍繞雙星的行星，但實際上只有 47 顆候選行星出現，並且僅有 14 顆被確認。
為了理解這一巨大差異，研究作者研究了軌道隨時間的變化。在雙星系統中，兩顆恆星的質量通常略有不同，並沿著拉長的橢圓軌道運行。圍繞兩顆恆星運行的行星受到不斷變化的引力影響，導致其軌道在空間中緩慢旋轉，這一運動被稱為進動。這一效應遵循標準的牛頓引力理論。然而，恆星本身也會經歷軌道進動，這主要是由於當恆星足夠接近時，廣義相對論所驅動。隨著雙星的老化，潮汐力和與周圍物質的相互作用使它們在數百萬到數十億年內逐漸螺旋向內運行。
隨著其軌道的收緊，恆星的相對論進動速度加快，而行星的進動速度減慢，因為從遠處看，這兩顆恆星更像是一個單一物體。在一個關鍵點上，兩者的進動速率鎖定在一起。這種共振顯著拉伸了行星的軌道，使其變成一個長而窄的橢圓。在每次經過時，行星越靠近恆星，直到跨入一個動力不穩定的區域，在這裡三體引力變得混亂。在這一點上，可能會發生兩種情況：行星要麼非常接近雙星，受到潮汐破壞或被其中一顆恆星吞噬，要麼其軌道受到雙星的顯著擾動，最終被驅逐出系統。在這兩種情況下，行星都會被消除。
計算機模型顯示，這一過程消除了約 80% 的圍繞緊密雙星運行的行星，而其中大多數是物理上被摧毀，而不僅僅是被驅逐。這一發現解釋了為什麼少數存活的圍繞雙星的行星恰好位於不穩定邊界的邊緣——足夠靠近以便被探測，但又足夠遠以避免災難。
這項研究表明，宇宙中可能並不缺乏圍繞雙星的行星——它們正被主動移除。許多這樣的行星可能依然存在，但只有在較遠的距離上，當前的探測方法難以觀測到。研究作者之一、黎巴嫩美國大學的物理學教授 Jihad Touma 表示：“肯定存在許多行星，只是當前的儀器難以探測到它們。”這一發現還擴大了廣義相對論在極端環境之外的作用。幾乎在一百年後，廣義相對論解決了水星軌道的謎團，現在再次改變了天文學家對行星運動的理解——這次是解釋為什麼某些世界從未能生存足夠長的時間以被觀測到。該研究發表在《天體物理學期刊快報》中。
