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发现一颗超大质量白矮星,就在银河系中,距离地球才150光年!

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物理 2021-08-07 19:57

天文学家发现一颗有着奇怪富碳大气的巨大白矮星,可能是两颗合并在一起的白矮星,只是勉强避免了毁灭。在距离地球约150光年的地方,发现了一颗不同寻常的超大质量白矮星,其大气成分前所未见,这是首次以其大气成分为线索识别出合并后的白矮星,这一发现发表在《自然天文学》期刊上,可能会对我们银河系中大质量白矮星的演化和超新星的数量提出新问题。

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这颗名为WDJ0551+4135的恒星,是在欧洲航天局盖亚望远镜的观测数据中发现。天文学家们随后用威廉·赫歇尔望远镜拍摄了光谱图,重点放在那些被确认为质量特别大的白矮星上,盖亚卫星使这一壮举成为可能。通过分解恒星发出的光,天文学家们能够确定其大气的化学成分,并发现它存在着异常高的碳含量。

来自华威大学物理系的主要作者马克·霍兰兹博士说:这颗恒星是我们以前从未见过的。你可能会期望看到外层的氢,有时与氦混合在一起,或者只是氦和碳的混合物,但不会指望同时看到氢和碳的结合,因为在它们之间应该有一层厚厚的氦层来阻止这一点,当我们观察它的时候,它没有任何意义了。

为了解开这个谜团,天文学家们变成了侦探,以揭开这颗恒星的真正起源。白矮星是像太阳这样的恒星演化残骸,它们已经耗尽了所有的燃料,并脱落了外层。大多数都相对较轻,大约是太阳质量的0.6倍。但这一颗质量为1.14倍太阳质量,几乎是平均质量的两倍。尽管它比太阳重,但它被压缩成地球直径的三分之二。

白矮星的年龄也是一条线索,年龄较大的恒星绕银河系运行速度比较年轻恒星快。而且这个天体的移动速度比附近其他冷却年龄相同白矮星中的99%都要快,这表明这颗恒星比看起来要老。有一种无法用正常恒星演化来解释的成分,它的质量是一颗白矮星平均质量的两倍,运动学年龄比冷却推断的要早。

现代天文学已非常确定一颗恒星是如何形成一颗白矮星的,它不应该这样做,唯一可以解释的方法是,它是由两颗白矮星合并而成。其理论是,当双星系统中的一颗恒星在其生命末期膨胀时,它将包裹它的伙伴,随着第一颗恒星的收缩,它的轨道会变得更近。当另一颗恒星膨胀时,同样的情况也会发生。

在数十亿年的时间里,引力波的发射将进一步缩小轨道,直到恒星合并在一起。虽然已经预测会发生白矮星合并,但这一次将特别不寻常。银河系中的大多数合并,发生在质量不同的恒星之间,而这次合并似乎发生在两颗大小相似的恒星之间。由此产生的白矮星大小也是有限制的:

在超过1.4倍太阳质量的情况下,人们认为它会在超新星中爆炸,尽管这些爆炸可能会发生在质量稍低的地方,所以这颗白矮星可以获得多质量并仍能存活下来时很有用。因为合并过程重新启动了恒星的冷却,所以很难确定它有多老。白矮星可能在大约13亿年前合并,但最初的两颗白矮星可能在数十亿年前就已经存在了。

它是到目前为止仅发现有的几颗合并白矮星之一,也是唯一一颗通过组成被识别出来的。没有那么多如此巨大的白矮星,尽管有比预期的更多,这意味着它们中的一些可能是由合并形成。在未来,研究人员可能会使用一种叫做星震学的技术,从恒星脉动中了解白矮星的核心成分,这将是一种独立的方法,可以确认这颗恒星是由合并形成的。

博科园|研究/来自:华威大学

参考期刊《自然天文学》

DOI: 10.1038/s41550-020-1028-0

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