中外学者发现首个白矮星+超冷亚矮星双星系统

太阳附近的大多数恒星都是由相同丰度的元素构成的。但有一类被称为亚矮星的罕见的天体，其碳和铁等重元素的含量要少得多。这些亚矮星中温度最低的被称为超冷亚矮星，包括小质量恒星与褐矮星。超冷亚矮星很难被研究刻画。它们不仅暗淡且随着时间的推移而冷却，而且它们的年龄无法被直接测量。

不过，这一难题近日被攻克。10月5日，记者从南京大学获悉，该校张曾华副教授领衔的国际研究团队最近发现了首个白矮星+超冷亚矮星双星系统VVV1256-62AB，并将其年龄确定为约105亿年。其伴星VVV1256-62B也成为首个年龄基准L型矮星。相关成果近日发表于国际学术期刊《皇家天文学会月刊》。

同频共振，相伴相生

“VVV1256-62B最初被认定为超冷亚矮星，是因为它有很高的角速度。”论文的通讯作者兼第一作者张曾华介绍。VVV1256-62B形成于一个距离太阳250光年的宽距双星系统中，其主星是一颗冷白矮星VVV1256-62A。这两颗星相距约1400个天文单位，即地球与太阳之间的距离，绕行周期约为6万年，它们在星空以相同的速度和方向运动。

2019年，张曾华等人使用欧洲南方天文台的甚大望远镜 （VLT）观测了VVV1256-62B的光学和近红外光谱，并将其确认为L3型的超冷亚矮星。

“此前，由于VVV1256-62A在红外波段太暗，且位于背景星较多的银盘区域，因而没有被探测到。但幸运的是，VVV1256-62A和B在光学波段都足够明亮，所以它们后来被欧洲太空局的盖亚空间天文台探测到了。”张曾华说。

在此次研究中，科研团队通过这些数据，清楚地分析出这两颗天体在相同的距离以相同速度和方向移动，所以确认了它们是个宽距双星系统。科研团队同时发现，目前VVV1256-62A和VVV1256-62B正经过太阳附近区域，以约406千米/秒的速度远离银河系中心。

“这对双星的速度非常高，但还不足以逃离银河系。因此，我们能够根据其当前位置、距离、角速度和径向速度来计算其在银河系中的轨道。”论文合著者、加泰罗尼亚理工大学罗伯托·拉迪博士说。该双星的银河系轨道沿着银盘分布且偏心率很大，每4亿年经过距离银河系中心3千光年的轨道。由于该双星的速度如此之高，它们在最远点时距离银河系中心10万光年。这种偏心轨道的起源尚不明确，但可能与原位内层银晕的存在或银河系与卫星星系过去的合并有关。

生于约105亿年前，温度比太阳低

确认了两颗星的关系和运动轨迹后，它们的“身份”信息成为科研团队另一个关注点。

“我们通常假设超冷亚矮星的年龄在80亿至140亿年之间，就像银河系晕中的其他恒星一样。但这一假设从未得到观测证实。”张曾华说。VVV1256-62AB的发现，为科研人员提供了通过白矮星估算超冷亚矮星年龄的机会。

“两颗星如果构成一个双星系统，通常被认为是同时诞生的。白矮星的年龄相对容易确定。我们建模后计算出VVV1256-62A的年龄约为105亿年。”张曾华说。这意味着VVV1256-62B的年龄也约为105亿年。

“这个年龄是首个亚太阳金属丰度的L型矮星年龄基准，也是刻画其它超冷亚矮星和校准大气模型的重要参考。”论文合著者、加州大学圣迭戈分校亚当·布尔加瑟教授说。

这两颗“高龄”的星，还有一颗“高冷”的心。研究团队利用双子座南天望远镜观测到了VVV1256-62A的光学光谱。研究论文合著者、英国莱斯特大学莎拉·卡斯韦尔博士说：“这条光谱看起来没有特征谱线，因为这颗白矮星太冷。”

这颗星究竟有多冷？团队通过白矮星大气模型与暗能量照相机银盘巡天、天文可见光和红外巡天望远镜的银河变星巡天的观测数据拟合得出，VVV1256-62A的温度约为4150摄氏度。

“它低于太阳的5500摄氏度，在可见光下应该呈浅橙色，而不是像大多数温度更高的白矮星那样，呈白色或蓝色。”张曾华说。

同时，团队根据VVV1256-62B的光谱与大气模型的拟合得出，VVV1256-62B的温度约为2000摄氏度，其氢和氦之外的重元素含量仅为附近恒星平均水平的15%。因此，VVV1256-62B的大气可能比普通超冷矮星更透明。

此外，团队发现VVV1256-62A的质量是VVV1256-62B的7倍，但直径只有VVV1256-62B的七分之一。这意味着，VVV1256-62A密度更大，其表面重力也比超冷亚矮星的高得多。

张曾华说：“超冷亚矮星很稀有、光度低、温度低，所以很难被观测发现和研究。VVV1256-62AB的发现非常意外，但是它对我们刻画超冷亚矮星以及研究贫金属超冷大气非常有帮助。”