「白矮星」罕见的双星,证明了数十年前的预测
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原文标题:罕见的双星,证明了数十年前的预测
银河系之中,遍布着大小各异、颜色不同的恒星。在这些恒星中,有的像太阳一样 " 孤独 ",有的成双成对相互旋绕,有的系统甚至包含两颗以上的恒星。
在一项最新研究中,天文学家发现了一个罕见的双星系统,这个系统有着极短的轨道周期,它的两颗恒星彼此环绕一周的时长仅为 51 分钟!研究人员将这一罕见的发现发表在了近期的《自然》杂志上。
在十几亿颗恒星中搜寻
新发现的这个系统被研究团队记为ZTF J1813+4251,它是由兹维基瞬变探测器(ZTF)观测到的。ZTF 是一项巡天项目,它用装载在加州帕洛玛天文台望远镜上的相机,对广阔的天空进行高分辨率拍摄。现在,ZTF 已为超过 10 亿颗恒星拍摄了海量照片,并记录了这些恒星在几天、几个月、甚至几年内的亮度变化。
研究人员对海量的恒星数据进行了梳理,他们想要寻找那些具有超短轨道的系统的信号,因为这些系统可能有着非常极端的动力学,应该能发出剧烈的光暴。
研究人员将注意力放在那些反复闪烁、周期小于一小时的恒星上。这样的频率通常表示在这个系统中,至少存在两个天体彼此紧密环绕,且其中一个天体频繁地经过另一个,从而短暂地遮蔽其光芒。
然而,这样的搜寻并非易事,研究人员需要在超过 10 亿颗恒星中进行筛选。因此,他们使用了一种算法来帮助完成这项任务。算法筛选出了大约 100 万颗每小时闪烁一次的恒星。接着,从这些信号中,研究人员通过用肉眼判断,来寻找那些特别感兴趣的信号。
最终,他们锁定了 ZTF J1813+4251!这是一个位于武仙座的双星系统,距离地球约 3000 光年之远。
超短轨道的双星系统
研究人员利用夏威夷的凯克天文台和西班牙的加那利大型望远镜,对这个系统进行了进一步研究。
他们捕捉到了 ZTF J1813+4251 中的两颗恒星的多次相互重叠的场景,这使他们能够精确测量这个系统中的每颗恒星的特性。他们发现,这个系统异常 " 干净 ",换句话说,他们可以清楚地看到每次出现遮挡时的光线变化。
这样的清晰度使得研究人员可以精确地测量每个天体的质量和半径,以及它们的轨道周期。测量结果表明,在这个双星系统中,其中一个天体很可能是一颗白矮星,大小约为太阳的 1/100,质量约为太阳的一半;另一个天体则是一颗接近生命末期的类太阳恒星,大小和质量约为太阳的 1/10。这两颗恒星看起来每 51 分钟就会绕对方公转一次。
然而,这听起来似乎不太合理。这是一颗看起来和太阳很像的恒星,但太阳是无法被 " 塞 " 进一个小于 8 小时的轨道周期里的。所以,这个双星系统发生了什么特别的事件吗?
是激变变星!
研究人员很快就找到了一个解释。大约 30 年前,一些天文学家做出过一个预测,认为一种超短轨道的系统应该能够以激变变星的形式存在。
激变变星是一种较为罕见的双星系统,在这类系统中,一颗像太阳一样的恒星与一颗白矮星紧紧环绕运行。在数十亿年的时间里,两颗恒星互相旋绕慢慢靠近,当靠得足够近时,白矮星强大的引力会开始吸积类太阳恒星身上的物质。在已知的一千多个激变变星中,只有十几个的轨道周期低于 75 分钟。
像太阳一样的恒星在演化末期耗尽燃料时,其核心会不断坍缩形成致密的白矮星。这幅艺术构想图描绘了一颗白矮星(左)绕着一颗更大的类太阳恒星在超短轨道上旋转,形成了一个 " 激变 " 的双星系统。(图 / M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)
研究人员推测,ZTF J1813+4251 很可能是迄今为止探测到的拥有最短轨道的激变双星。根据测量结果,研究人员对 ZTF J1813+4251 现在的状况,以及它在未来数亿年间将如何演变进行了模拟。
模拟结果表明:这个双星系统中的两颗恒星目前正处于一个过渡阶段,那颗类太阳恒星正在从一个富含氢的天体过渡到富含氦的天体,它一直在旋转,将其大气中大量的氢气 " 捐赠 " 给贪婪的白矮星,它终将会燃烧殆尽,成为一个致密的富含氦的核。再过 7000 万年,这两颗恒星将会更加靠近,它们的彼此环绕的轨道周期将缩短到 18 分钟!在这之后,失去质量的类太阳恒星不会收缩,而是膨胀,然后两颗恒星会在接下来的几亿年时间里开始分离。到那时,这两颗恒星的轨道周期将稳定在 30 分钟左右。
几十年前,天文学家就预测,如果时间足够长,激变变星就会过渡到极短的轨道周期。这种情况只有当贪婪的白矮星将伴星大气中的氢全部吸走,开始吞噬伴星裸露在外的核心中的氦时,才可能发生。
现在,天文学家终于首次直接观测到这样一个过渡系统。这不仅证实了天文学家几十年前的预测,而且还帮助回答了关于激变变星的轨道极限的开放性问题,有助于科学家在未来几年对激变变星做出进一步研究。
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