白矮星、紅巨星以及爆炸失敗的超新星，宇宙深處，揭開“超大質(zhì)量”的白矮星之謎

簡介：天文學家發(fā)現(xiàn)由兩顆恒星合二為一的白矮星WDJ0551+4135，其質(zhì)量較幾乎是普通白矮星兩倍，碳含量較高且以運動速度較快，超過99%的白矮星。合并的白矮星雙星系統(tǒng)中恒星演化的結(jié)果，它可能是作為超新星爆炸失敗的結(jié)果。

天文學家發(fā)現(xiàn)了一顆距地球150光年的白矮星WDJ0551+4135，它曾經(jīng)是兩顆白矮星，在13億年前合并成了一顆。

圖解：藝術(shù)家對白矮星結(jié)晶的描繪。圖源：sci-news

白矮星是像太陽這樣的恒星的最終狀態(tài)。一旦他們消耗了自己的核燃料，他們就會排出外層物質(zhì)。

剩下的，是一種難以形容的密度聚集物，并且不能發(fā)生融合。他的光度來自于他儲存的熱能。

這個白矮星與其他白矮星不同。通常，一顆白矮星的大氣重不會含有太多的碳。但是WDJ0551+4135的大氣中含碳量較高。其質(zhì)量也比典型白矮星大得多。

圖解：藝術(shù)家對兩顆白矮星合并的描繪。圖源：sciencealert

在宣布這項新研究發(fā)現(xiàn)之后，這兩個特征在天文學家眼中脫穎而出。

這項研究的首席研究員是華威大學物理系的馬克·霍蘭德博士。這項研究被命名為“一顆超大型白矮星，其混合的氫-碳大氣可能是合并的殘余物”。這項研究發(fā)表在3月的《自然天文學》第二版上。

在一顆恒星變成白矮星之前，它會經(jīng)歷一個紅巨星階段。如果紅巨星沒有足夠的質(zhì)量來熔化碳，那么碳和氧將在恒星中心聚集成一團。

圖解：紅巨星。圖源：goodfon

當恒星脫離外層時，它最終只留下白矮星這樣的一個殘余物。盡管還有其他類型的白矮星，但大部分白矮星主要是由碳和氧組成。

不過通常情況下，碳是看不見的。一層厚厚的氦層通常會阻擋它。在他們的研究中該團隊使用威廉·赫歇爾望遠鏡對白矮星進行了光譜檢查。這表明大氣中的碳含量異常高，這是不可能的。

主要作者霍蘭德在新聞稿中說：“這顆星是我們從未見過的。你可能會看到氫氣層的外部，它們有時與氦氣混合，或者只是氦氣與碳的混合物。”

“你不可能同時看到氫氣和碳的結(jié)合，因為碳和氫氣層之間有一層厚厚的氦氣，這層氦氣阻止了它們的結(jié)合。當我們看到它時，它沒有任何意義?！?/p>

就恒星而言，許多白矮星沒有那么大的質(zhì)量，它們的質(zhì)量通常是太陽的0.6倍。

但是WDJ0551+4135是不同的，它的質(zhì)量幾乎是典型白矮星的2倍，即1.14太陽質(zhì)量。對于一個有這么大質(zhì)量的物體來說，它仍然像其他白矮星一樣非常緊湊。它的直徑僅為地球的2/3。

它在太空中的速度也無法和其他白矮星相提并論。天文學家們用“局部靜止標準”來描述銀河系中物質(zhì)的平均速度，約為202-241 km/s。

但是相對于局部靜止標準，WDJ0551+4135以129 ± 5 km/s的速度運行，比其他物質(zhì)快得多。

由于在銀河系中老恒星比其他年輕恒星快，所以這顆白矮星一定更老。事實上，它運行速度高意味著它比銀河系中99%的白矮星都要快。

在他們的研究中，作者說他們發(fā)現(xiàn)這個速度在附近的白矮星三維(3D)速度分布的第99個百分位具有相似的絕對量級。因為恒星的速度色散隨著系統(tǒng)年齡的增加而增加。

WD J0551+4135的快速運動學可能意味著一個系統(tǒng)的年齡比白矮星冷卻所暗示的年齡要老得多。

著三個特征使它區(qū)別于其他白矮星：它的速度/年齡、質(zhì)量和可見碳。

霍蘭德說：“我們有一種無法通過恒星正常演化來解釋得成分，其質(zhì)量是白矮星平均質(zhì)量的2倍，運動學年齡比從冷卻中推斷的年齡要老?！?/p>

“我們非常確定的一顆恒星是如何變成白矮星的，它不應該這樣做。你可以解釋它的唯一方法就是它是由兩顆白矮星合成的。”

圖解：藝術(shù)家對白矮星碰撞的描繪。圖源：sciencealert

合并后的矮星可能是雙星系統(tǒng)數(shù)十億年演化的結(jié)果。其中一顆恒星在它的伴星之前先達到紅巨星階段，并且包圍住它的伴星。隨著第一顆恒星收縮，兩顆恒星之間的軌道越來越近。然后第二顆恒星經(jīng)過它的紅巨星階段，擴張并包裹另一顆。

著需要數(shù)十億年的演化，但是最終引力波的發(fā)射使軌道收縮得十分厲害。末日就在眼前，或者婚姻就在眼前，當軌道收縮到足夠小得程度時，恒星就會合二為一。

天文學家們已經(jīng)預測到合并后的白矮星得存在，但是，這個白矮星仍然打破了預期。他們預測合并應該發(fā)生在兩個不同尺寸得白矮星之間。但是，WDJ0551+4135似乎是大小相近的白矮星之間的合并。

圖解：藝術(shù)家對第二類超新星的描繪。圖源：sci-news

即使是由一對白矮星合并的白矮星，它的質(zhì)量也是有上限的。如果產(chǎn)生恒星物體質(zhì)量足夠大，它將作為熱失控的超新星爆炸。

天體物理學家認為白矮星質(zhì)量的上限是太陽質(zhì)量的1.4倍，但他們并不確定。物體也可能作為質(zhì)量小于太陽1.4倍的超新星發(fā)生爆炸。這顆質(zhì)量為太陽質(zhì)量1.14倍的白矮星幫助天體物理學家們理解了白矮星的質(zhì)量上限。

科學家們可以通過觀察其溫度來了解白矮星。白矮星不會產(chǎn)生任何熱量，因為它不再會產(chǎn)生核聚變。它們更像是余燼而不是恒星，通過監(jiān)測恒星的冷卻，科學家們可以確定恒星的年齡。

但是，當兩顆白矮星合并時，冷卻過程就開始了。

并沒有一個準確的方法來確定白矮星的年齡，這兩顆白矮星在合并之前可能已經(jīng)是白矮星數(shù)十億年了。不過，研究人員認為，這個合并發(fā)生在13億年之前。

霍蘭德說：“從來沒有白矮星有著如此巨大的質(zhì)量，盡管比你預期看到的要多，這就意味著它可能是合并形成的?！?/p>

“在未來，我們也許能夠用一種稱為星震學的技術(shù)，從白矮星的恒星脈動中了解其核成分，這是一種獨立的方法，可以確定這顆恒星是有合并形成的?！?/p>

霍蘭德說：“也許，這顆恒星最令人激動的方面是它幾乎沒有作為超新星爆炸——這些巨大的爆炸對于繪制宇宙結(jié)構(gòu)圖十分重要，因為它們可以在很遠的距離被探測到?！?/p>

“然而，關于哪種恒星系統(tǒng)導致超新星階段，這里仍然存在許多不確定性。聽起來可能很奇怪，測量這顆‘失敗的’超新星的性質(zhì)以及未來的類似物，告訴我們很多關于熱核自我毀滅的途徑?！?/p>

BY:?Anonymity

FY:?武薇

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