（圖解：這張?zhí)忑堊鵆1共生雙星系統(tǒng)的藝術(shù)照顯示出紅巨星中的物質(zhì)正在向它的白矮星同伴流動(dòng)。圖源：約翰·布朗丁/北卡羅萊納州立大學(xué)）

銀河系外有一些恒星會(huì)與它們相鄰的恒星相互吞噬，我們首次得以完整地繪制出這些恒星的軌道。通過(guò)斯隆數(shù)字化巡天（Sloan Digital Sky Survey）[1]技術(shù)，天文學(xué)家的目光鎖定在了銀河系外的兩對(duì)恒星上，它們正在吞噬自己的同伴。遙遠(yuǎn)宇宙的環(huán)境功能是否與銀河系相同？這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家確定問(wèn)題的答案。同時(shí)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)還能讓我們深入了解一種測(cè)量夜空距離的基本方法。

銀河系中一半以上的恒星都是成對(duì)出現(xiàn)的。雖然很可能在其他星系中雙星也占了很大一部分，但科學(xué)家一直無(wú)法證實(shí)這一點(diǎn)，因?yàn)樵谌绱诉b遠(yuǎn)的距離下，普通恒星的光芒太過(guò)微弱而難以被看見(jiàn)。而所謂共生星即是一顆伴星逐漸吞噬另一顆，這使得整個(gè)系統(tǒng)極為明亮，于是也更容易觀測(cè)。

這項(xiàng)新研究的合著者，亞利桑那大學(xué)的研究生賈斯明·華盛頓（Jasmin Washington）在一份聲明中說(shuō)：“測(cè)量這些共生星系統(tǒng)的運(yùn)行軌道是探究其他星系中是否會(huì)和銀河系一樣產(chǎn)生雙星的重要的一步”。在該項(xiàng)目期間，她還是弗吉尼亞大學(xué)的一名本科生。華盛頓和她的同事——弗吉尼亞大學(xué)的研究生漢娜·路易斯（Hannah Lewis）在舉行的第237屆美國(guó)天美學(xué)會(huì)會(huì)議（The Meeting of the American Astronomical Society）上公布了這一結(jié)果。

華盛頓在新聞發(fā)布會(huì)上表示：“我們有史以來(lái)第一次對(duì)河外的‘共生’系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有了全面了解。”

偶然發(fā)現(xiàn)的貪吃鬼

一對(duì)恒星可能會(huì)同時(shí)誕生，但質(zhì)量上的差異會(huì)導(dǎo)致它們擁有不同的年齡。兩者中質(zhì)量較大的那一個(gè)會(huì)迅速地將他所擁有的物質(zhì)燃燒殆盡而率先到達(dá)它生命的盡頭。如果這顆恒星足夠大，那么燃燒最后將會(huì)留下一顆致密的白矮星。盡管這白矮星又小又暗，但卻能把太陽(yáng)的質(zhì)量裝進(jìn)一個(gè)地球那么大的體積中去。如果距離它足夠近，這種致密的天體的引力可以把物質(zhì)從它們的同伴那里搶過(guò)來(lái)，從而產(chǎn)生一個(gè)天文學(xué)家在極遠(yuǎn)的地方也能分辨的信號(hào)。

雖然天文學(xué)家知道“雙星”在銀河系中很常見(jiàn)，但他們目前仍無(wú)法確定這種結(jié)構(gòu)在其他星系中所占的比例有多大。

“雙星系統(tǒng)的性質(zhì)很可能取決于它們形成的環(huán)境，”路易斯在發(fā)布會(huì)上說(shuō)，“而不同星系中的環(huán)境特性往往有很大的差異。”

在過(guò)去的十年里，斯隆望遠(yuǎn)鏡的阿帕契點(diǎn)天文臺(tái)星系演化探測(cè)器（Apache Point Observatory Galactic Evolution Explorer, APOGEE）觀測(cè)了天空，收集了銀河系以及最近的鄰居星系中數(shù)十萬(wàn)顆恒星的數(shù)據(jù)。包括德拉科矮星系[2]和小麥哲倫星云（SMC）[3]，分別距銀河系約26萬(wàn)光年和20萬(wàn)光年。

“僅看這兩個(gè)星系我們就能明白不同星系間的環(huán)境條件會(huì)有多么巨大的差異”，路易斯說(shuō)。德拉科是一個(gè)古老的星系，比銀河系小10萬(wàn)倍，主要由暗物質(zhì)組成。小麥哲倫星系則更加年輕，體積也更大，只比銀河系小200倍，由老年恒星和新生恒星組成。這兩個(gè)星系是APOGEE所觀測(cè)到的Draco C1和LIN358兩個(gè)共生恒星對(duì)的家園。

（圖解：這張圖顯示了APOGEE觀測(cè)得到的Draco C1共生雙星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在過(guò)去五年中被反復(fù)監(jiān)測(cè)。黑點(diǎn)代表數(shù)據(jù)，藍(lán)色曲線代表紅巨星繞白矮星運(yùn)行的計(jì)算機(jī)模型，表示恒星移動(dòng)的方向是朝向或遠(yuǎn)離觀測(cè)者。圖源：華盛頓等）

吞噬相鄰恒星的物質(zhì)的這一行為能讓天文學(xué)家識(shí)別出這對(duì)恒星。多普勒頻移[4]——與火車(chē)汽笛在靠近時(shí)音調(diào)變高、遠(yuǎn)離時(shí)音調(diào)變低相同的現(xiàn)象——也會(huì)導(dǎo)致恒星發(fā)出的光的頻率發(fā)生變化，而具體如何變化就取決于它是靠近還是遠(yuǎn)離觀測(cè)者。這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)能幫助天文學(xué)家計(jì)算雙星系統(tǒng)完整的運(yùn)行軌道和兩顆恒星的質(zhì)量。

通過(guò)梳理APOGEE數(shù)年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，華盛頓意識(shí)到Draco C1中的恒星繞彼此運(yùn)行一周需要約3個(gè)地球年，而LIN358中的恒星只需要約2個(gè)地球年。這個(gè)結(jié)果是首次對(duì)銀河系外共生星系的完整軌道測(cè)量。

“我們對(duì)共生恒星的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)鮮能達(dá)到足以讓天文學(xué)家深入觀察它們之間奇妙的糾纏舞動(dòng)的程度，”路易斯在一次聲明中說(shuō)，“至今為止還沒(méi)能有人對(duì)其他星系中的共生恒星做詳細(xì)的研究?！?/p>

新的測(cè)量結(jié)果將幫助天文學(xué)家更好地了解其他星系的恒星形成。同樣來(lái)自弗吉尼亞大學(xué)的博爾哈·安圭亞諾 （Borja Anguiano）在一份聲明中表示：“矮星系的內(nèi)部環(huán)境和進(jìn)化歷程都與銀河系有著天壤之別”。作為這篇論文的合著者，安圭亞諾是最初發(fā)現(xiàn)APOGEE已經(jīng)多次偶然觀測(cè)到Draco C1和LIN358的人。

“很快，我們就將為其他星系中的雙星系統(tǒng)繪制足夠多的運(yùn)行軌道圖，并能夠解決‘是否不同類(lèi)型的星系在形成雙星系統(tǒng)的效率上存在差異’這一問(wèn)題?！?/p>

對(duì)Draco C1的觀測(cè)結(jié)果今年早些時(shí)候已在《天體物理通訊雜志》（Astrophysical Journal Letters）上發(fā)表。

宇宙中的標(biāo)準(zhǔn)燭光

在一些共生恒星中，白矮星可以從伴生星那里奪來(lái)足夠的物質(zhì)，從而以Ia型超新星[5]的形式爆炸。這些極為明亮的爆炸在宇宙的任何一個(gè)角落都能觀測(cè)到，而且在附近的觀測(cè)者看來(lái)，這些爆炸最開(kāi)始的亮度都是一樣的。天文學(xué)家可以將Ia型超新星作為測(cè)量宇宙的“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，通過(guò)超新星的視亮度[6]計(jì)算我們和它的距離。

雖然Draco C1和LIN358在短時(shí)間內(nèi)可能并不會(huì)以超新星的形式爆炸，但探究它們的運(yùn)行機(jī)制有助于我們了解這些標(biāo)準(zhǔn)燭光是如何演變的。

“因?yàn)槲覀冊(cè)跍y(cè)量星體距離時(shí)需要依賴(lài)Ia型超新星，所以準(zhǔn)確理解它們的運(yùn)行機(jī)制是非常重要的，同時(shí)我們還需要知道什么樣的系統(tǒng)才可能是我們想要尋找的超新星的前身”，安圭亞諾說(shuō)，“隨著對(duì)于其他星系中共生星運(yùn)行軌道的研究的展開(kāi)，我們將能夠確認(rèn)Ia超新星的形成過(guò)程是否具有普遍性?！?/p>

華盛頓在一次發(fā)布會(huì)上表示，繪制Draco C1和LINK358的軌道特征圖是利用近十年來(lái)的APOGEE觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)了解銀河系外雙星系統(tǒng)的“不可思議的第一步”。

“細(xì)致入微地研究河外共生星，并精確地推導(dǎo)出它們的軌道和恒星參數(shù)，可以為我們研究這些宇宙標(biāo)記提供重要的見(jiàn)解”，華盛頓說(shuō)。

參考資料

斯隆數(shù)字化巡天是使用位于新墨西哥阿帕契點(diǎn)天文臺(tái)的2.5米口徑望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的紅移巡天項(xiàng)目。（來(lái)源：中文維基百科-“斯隆數(shù)字化巡天”）

矮星系是光度最弱的一類(lèi)星系，是星系中最為常見(jiàn)的一類(lèi)。（來(lái)源：百度百科-“矮星系”）

小麥哲倫星系，位于杜鵑座與水蛇座之間，是臨近銀河系的一個(gè)矮星系、不規(guī)則星系。直徑約7000光年，包含數(shù)億顆恒星，總質(zhì)量約為太陽(yáng)的70億倍，距銀河系約20萬(wàn)光年，是距離最近的河外星系之一。（來(lái)源：百度百科-“小麥哲倫星系”）

多普勒頻移是指當(dāng)移動(dòng)臺(tái)以恒定速率沿某一方向移動(dòng)時(shí)，由于傳播路程差的原因，會(huì)造成相位和頻率的變化，它揭示了波的屬性在運(yùn)動(dòng)中發(fā)生變化的規(guī)律。（來(lái)源：百度百科-“多普勒頻移”）

Ia型超新星的形成需要由一個(gè)巨星和一個(gè)白矮星組成的雙星系統(tǒng)，當(dāng)白矮星吸收巨星的物質(zhì)并達(dá)到1.44個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量時(shí)，會(huì)發(fā)生碳爆轟，核爆炸后沒(méi)有遺留產(chǎn)物。（來(lái)源：百度百科-“Ia型超新星”）

視亮度是指從黑色表面到白色表面的感覺(jué)連續(xù)體。光度是恒星的發(fā)光能力，即恒星單位時(shí)間幅射的總能量，視亮度就是這些恒星輻射的能量到觀察者時(shí)單位面積的能量，它時(shí)觀察者所接受到的能量。

BY:Nola Taylor Tillman

FY:趙若彤

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