白矮星及其伴星的藝術(shù)效果圖。圖片來(lái)自海倫娜?烏薩斯/杜倫大學(xué)

白矮星的迅速亮度轉(zhuǎn)變

本周英國(guó)的天文學(xué)家宣布他們第一次看到一顆白矮星的驟變。這顆距離地球1400光年的恒星是繪架座TW，是一顆變星。但是它以前的亮度變化周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)天或數(shù)月。但是這一次，天文學(xué)家看到它在短短30分鐘內(nèi)突然變暗又變亮。究竟是什么導(dǎo)致了如此快速的轉(zhuǎn)變？

白矮星是一種因?yàn)榕R近生命終點(diǎn)而開始坍縮的主序星（我們的太陽(yáng)就是一顆主序星）。繪架座TW恒星系包含了一顆白矮星，以及一顆白矮星賴以為“食”的小伴星。白矮星會(huì)從伴星中吸取所需的物質(zhì)，而正是這種物質(zhì)的逐漸積累導(dǎo)致了白矮星亮度的改變。

由英國(guó)杜倫大學(xué)的研究者帶領(lǐng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用了一個(gè)行星搜尋衛(wèi)星——來(lái)自NASA的凌日系外行星勘測(cè)衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行他們的研究。來(lái)自杜倫大學(xué)的第一作者西蒙尼?斯卡林奇說(shuō)：

吸積白矮星的亮度變化通常相對(duì)較慢，變化的時(shí)間跨度一般在幾天到幾個(gè)月不等。由此看來(lái)，在30分鐘內(nèi)看到繪架座TW的亮度驟降本身就很不尋常，因?yàn)轭愃剖录奈丛谄渌e白矮星中出現(xiàn)過(guò)，這已經(jīng)完全背離了白矮星應(yīng)該通過(guò)吸積盤吸取物質(zhì)這一認(rèn)知。這現(xiàn)象看起來(lái)更像是撥動(dòng)了一個(gè)開關(guān)。

科學(xué)家們于2021年10月18日在同行評(píng)審期刊《自然天文》中發(fā)表了他們的研究。

白矮星亮度變化背后的力量

科學(xué)家們必須解決為什么會(huì)發(fā)生這種從亮到暗再到暗的變化的難題。物質(zhì)從吸積盤到白矮星的流動(dòng)是相當(dāng)穩(wěn)定的，本不應(yīng)該引起如此劇烈的變化?？茖W(xué)家認(rèn)為，造成亮度快速變化的罪魁禍?zhǔn)资前装谴艌?chǎng)的重構(gòu)。

他們認(rèn)為當(dāng)白矮星亮度的亮度“開關(guān)”置于“開啟”位置時(shí)，其亮度會(huì)比較高，也會(huì)很正常地在吸積盤中吞噬物質(zhì)。當(dāng)白矮星突然變暗時(shí)（即亮度“開關(guān)”置于“關(guān)閉”位置時(shí)），整顆白矮星的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生改變，并最終擾亂吸積盤中的物質(zhì)流。正如科學(xué)家們?cè)谄涑霭娴膱?bào)道中所解釋的：磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)得太快了，以至于產(chǎn)生了一個(gè)擾動(dòng)白矮星可獲取物質(zhì)量的屏障（一種叫做磁力閘的過(guò)程）。

這導(dǎo)致了天文學(xué)家們觀測(cè)到的白矮星亮度非周期性、微小地增加。一段時(shí)間以后，整個(gè)系統(tǒng)在偶然間又一次“打開開關(guān)”，之后白矮星的亮度又會(huì)漲回其平時(shí)的水平。

白矮星的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)擔(dān)任著大門的角色。偶爾，磁場(chǎng)的重構(gòu)會(huì)導(dǎo)致閘門下降，暫時(shí)切斷物質(zhì)流的供應(yīng)，造成短暫的變暗。接著白矮星開始吞噬物質(zhì)并再次發(fā)出明亮的光芒。

這張圖片展示了TESS對(duì)繪架座TW的觀測(cè)結(jié)果。藍(lán)線標(biāo)記了繪架座TW的明亮期，紅線展示了白矮星亮度突然變暗的的短暫暗淡期。圖片來(lái)自西蒙尼?斯卡林奇/杜倫大學(xué)

從白矮星到黑洞

天文學(xué)家們希望該發(fā)現(xiàn)能告訴他們更多關(guān)于吸積過(guò)程的信息，而黑洞和中子星也有這種活動(dòng)。正如斯卡林吉所說(shuō)：

這確實(shí)是一個(gè)以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的現(xiàn)象，且因?yàn)槲覀兛梢耘c更小的中子星的類似行為相比，將有助于了解其他吸積物體吸食周圍物質(zhì)的過(guò)程，以及磁場(chǎng)在這一過(guò)程中發(fā)揮的重要作用。

來(lái)自杜倫大學(xué)的西蒙尼?斯卡林奇是本研究的第一作者。圖片來(lái)自杜倫大學(xué)。

摘要：天文學(xué)家目睹了一顆白矮星在短短30分鐘內(nèi)的亮度驟變。這種亮度的快速變化可以讓他們更多地了解吸積。

相關(guān)知識(shí)

矮星是一類體積相對(duì)較小、光度較低的恒星。大多數(shù)主序星都屬于矮星。這個(gè)詞發(fā)明于1906年，當(dāng)時(shí)丹麥天文學(xué)家埃希納·赫茨普龍（Ejnar Hertzsprung）注意到最紅的恒星（在哈佛光譜分類中被歸為K和M）可以被分為兩個(gè)截然不同的組。它們要么比太陽(yáng)更亮，要么更暗。為了區(qū)分，他把它們分別稱為 "巨星 "和 "矮星"，矮星比較暗，而巨星則比太陽(yáng)亮。目前，大多數(shù)恒星都被歸于MK分類系統(tǒng)，使用的是字母O、B、A、F、G、K和M，這個(gè)序列從最熱的O型，到最冷的M型。后來(lái)，"矮星 "一詞的范圍被擴(kuò)大到包括以下內(nèi)容：

單獨(dú)出現(xiàn)的“矮星”一般指主序星，即亮度為V級(jí)的恒星：主序星（矮星），比如水委一（或稱波江座α星，光譜型為B6Vep）。而紅矮星是低質(zhì)量的主序星。

黃矮星是主序（矮星）恒星，其質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)。

橙矮星是K型主序星。

藍(lán)矮星是一類假設(shè)的極低質(zhì)量的恒星，當(dāng)它們接近主序壽命的終點(diǎn)時(shí)溫度會(huì)升高。

白矮星是由電子簡(jiǎn)并態(tài)物質(zhì)組成的恒星，被認(rèn)為是質(zhì)量不足以塌縮成中子星或黑洞的恒星演化的最后階段，質(zhì)量小于大約9個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量。黑矮星是已經(jīng)充分冷卻，不再發(fā)射任何可見光的白矮星最終形態(tài)。

褐矮星是一個(gè)亞恒星天體，其質(zhì)量不足以將氫聚變成氦，但其質(zhì)量仍足以使氘聚變——它們小于約0.08太陽(yáng)質(zhì)量，大于約13木星質(zhì)量。

BY：Kelly Kizer Whitt

FY：Astronomical volunteer team

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