天文学家观测到新双星系统

新型双星系统 图片来源：M.Weiss/哈佛大学和史密森尼天体物理中心

哈佛大学和史密森尼天体物理中心的研究人员观测到一种新型双星系统，该系统长期以来被认为是存在的，但却始终未能观测到。这一发现最终证实了宇宙中一种罕见的恒星是如何形成和演化的。相关研究近日发表于英国《皇家天文学会月报》。

哈佛大学博士后Kareem El-Badry利用加州利克天文台的沙恩望远镜和若干天文调查数据发现新的双星系统。“我们已经观测到过渡双星新群体的第一个物理证据。”El-Badry说，“这令人兴奋，它是我们一直在寻找的双星形成模型中缺失的进化环节。”

一种新型恒星

当一颗恒星死亡时，它有97%的几率会变成一颗白矮星，一种小而致密的物体，在燃烧完所有的燃料后塌缩并变暗。

但在极少数情况下，一颗恒星可以变成极低质量（ELM）的白矮星。这些恒星的质量不到太阳的三分之一，但却带来了一个难题：如果恒星进化的计算是正确的，那么所有的极低质量白矮星似乎都超过138亿年——比宇宙本身的年龄还要大，这在物理上是不可能的。

“宇宙的年龄还不足以通过正常的演化产生这些恒星。”El-Badry说。他是哈佛天体物理中心理论与计算研究所的成员。

多年来，天文学家已经得出结论，唯一能形成极低质量白矮星的方法是借助一对双星的。来自附近伴星的引力可能很快（至少在138亿年之内）吞噬一颗恒星，直到它变成一颗极低质量白矮星。

但证明这一观点的证据并非万无一失。

天文学家已经观察到像太阳这样的正常大质量恒星会吸积到白矮星上，这种现象被称为灾难性变量。他们还观察到极低质量白矮星与正常的白矮星伴生。然而，他们还没有观察到进化的过渡阶段，或者在这两者之间的转变：恒星失去了大部分质量，几乎收缩成一颗极低质量白矮星。

缺失的进化环节

El-Badry经常把恒星天文学比作19世纪的动物学。

“你走进丛林，找到一个有机体。你先描述它有多大，有多重，然后再看其他的生物，”他解释道，“你看到所有这些不同类型的天体，需要把它们联系起来。”

2020年，El-Badry决定返回“丛林”，寻找长期以来一直暗示科学家的恒星：极低质量白矮星的前身（也被称为进化的灾难性变量）。

利用来自欧洲航天局发射的太空观测站盖亚和加州理工学院的兹威基瞬变设施的新数据，El-Badry将10亿颗恒星的调查范围缩小至50颗潜在候选恒星。

他强调了来自天文调查的公开数据对自己工作的重要性。“如果没有兹威基临时设施和盖亚这样代表了成百上千人在幕后进行的大量工作，这项研究是不可能的。”他说。

他随后对其中21颗恒星进行了密切观察。

这一选择策略奏效了。“所有候选恒星目前都是我们一直在寻找的极低质量白矮星的前身。它们比极低质量恒星还要膨胀，同时也是卵形的，因为其他恒星的引力扭曲了它们原本的球体形状。”他说，“我们发现了两类双星——灾难性变量和极低质量白矮星之间的进化联系，而且发现了相当数量的这类双星。”

其中13颗恒星显示出其质量仍在输送给伴星的迹象，而其中8颗恒星似乎不再失去质量。它们每一个的温度都比之前观察到的灾难性变量要高。

El-Badry计划继续研究前极低质量白矮星，并可能继续研究他之前发现的其他29颗候选恒星。