本項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)的雙星系統(tǒng)LAN11藝術(shù)想象圖。中國科學(xué)院國家天文臺(tái) 供圖

  這項(xiàng)重要天文發(fā)現(xiàn)研究成果,由中國科學(xué)院國家天文臺(tái)、中國科學(xué)院大學(xué)、云南天文臺(tái)、西華師范大學(xué)的科研人員以及匈牙利同行聯(lián)合組成的國際研究團(tuán)隊(duì)共同完成,成果論文近日在學(xué)術(shù)期刊《中國科學(xué):物理 力學(xué) 天文學(xué)》發(fā)表。

  證認(rèn)超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)

  研究團(tuán)隊(duì)介紹,恒星走向死亡的具體過程,既是恒星物理領(lǐng)域中的關(guān)鍵課題,又對宇宙膨脹、引力波探測等諸多天體物理領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)影響。在多數(shù)情形下,包含白矮星的雙星系統(tǒng)在總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限后,通常會(huì)以Ia型超新星的形式結(jié)束其演化歷程,然而理論上還存在著其他可能性。吸積致坍縮(AIC)便是其中的一種演化路徑,此路徑下的雙星演化結(jié)局并不會(huì)發(fā)生超新星爆炸,而是直接坍縮形成中子星,是中子星形成的重要途徑之一。

  雖然截至目前尚未直接觀測到AIC事件,但若能發(fā)現(xiàn)AIC前身星,則可以有力限定AIC出現(xiàn)的概率,并進(jìn)一步理解雙星演化終點(diǎn)所涉及的復(fù)雜物理過程。

  在本項(xiàng)研究中,研究團(tuán)隊(duì)基于郭守敬望遠(yuǎn)鏡的光譜數(shù)據(jù),以及通過望遠(yuǎn)鏡獲取計(jì)劃(TAP)得到的帕洛瑪天文臺(tái)5米海爾望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)和中國科學(xué)院國家天文臺(tái)興隆觀測站2.16米望遠(yuǎn)鏡等數(shù)據(jù),結(jié)合其他開放觀測數(shù)據(jù)庫,成功證認(rèn)一個(gè)極為罕見的、與生俱來的超大質(zhì)量白矮星-熱亞矮星超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)Lan11。

  精確測量無法看到致密天體

  通過覆蓋該雙星系統(tǒng)軌道周期的光譜和測光觀測數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)得以描繪出這個(gè)恒星系統(tǒng)的具體模樣:它由兩顆恒星組成,地球接收到的光信號來自其中一顆被稱為熱亞矮星的演化晚期恒星,質(zhì)量在0.52-0.65倍太陽質(zhì)量之間。觀測發(fā)現(xiàn)這顆恒星的形狀并不是通常的球形,而呈現(xiàn)橢球形,暗示它旁邊隱藏著一個(gè)很難觀測到的尺寸很小但質(zhì)量很大的致密天體。

  精確測量顯示,這個(gè)無法看到的天體質(zhì)量在1.07-1.35倍太陽質(zhì)量之間,半徑應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常恒星。這些信息都表明,該致密天體應(yīng)該是一顆罕見的大質(zhì)量白矮星,其核心很可能充滿氧和氖,通常被稱為氧氖白矮星。

  這個(gè)雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量達(dá)到1.67-1.92倍太陽質(zhì)量,遠(yuǎn)超過錢德拉塞卡極限(大約1.4倍太陽質(zhì)量),也是利用光學(xué)手段觀測到的質(zhì)量最大的熱亞矮星-白矮星系統(tǒng)。理論推測,該系統(tǒng)因不斷釋放引力波而將在5-5.4億年以后合并。通常情況下,包含白矮星的雙星系統(tǒng)如果總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限,合并后會(huì)形成超新星爆發(fā)。但也有例外,如果這顆白矮星是一顆氧氖白矮星,那么合并產(chǎn)生的能量會(huì)被電子俘獲過程吸收,不能形成爆炸,而經(jīng)由AIC事件直接坍縮形成一顆中子星。

  稀有天體高效觀測研究路徑

  進(jìn)一步的理論研究揭示了這個(gè)雙星系統(tǒng)的前世,理論預(yù)測它早期包括一顆質(zhì)量約5至8倍太陽質(zhì)量的恒星,通過單星演化過程快速形成一顆氧氖白矮星。這也是目前唯一一個(gè)被觀測到的大質(zhì)量特性源自本身演化而非吸積過程的白矮星。之后通過共有包層演化,熱亞矮星前身星的包層被剝離掉,裸露出熾熱的核心,形成現(xiàn)在的熱亞矮星。

  國際知名天文學(xué)家斯蒂芬·蓋爾(Stephan Geier)同期發(fā)表評述文章,強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)這顆罕見的AIC前身星候選體的重要意義,認(rèn)為該發(fā)現(xiàn)深刻揭示天體物理學(xué)重大問題的突破方向未必局限于遙遠(yuǎn)宇宙,太陽鄰近天體同樣可能蘊(yùn)藏著顛覆性發(fā)現(xiàn),這也為后續(xù)在太陽周邊開展細(xì)致天體研究提供重要啟示。

  研究團(tuán)隊(duì)表示,本項(xiàng)研究是基于中國郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天數(shù)據(jù)選源,再通過望遠(yuǎn)鏡獲取計(jì)劃獲得國際大中型望遠(yuǎn)鏡開展后續(xù)觀測的一個(gè)典型案例,展示出對稀有天體的搜尋研究而言,郭守敬望遠(yuǎn)鏡利用其海量光譜庫進(jìn)行初篩,再使用大中型精測望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行證認(rèn),是一條切實(shí)可行的高效觀測研究路徑。它不僅體現(xiàn)出郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天的大樣本能力,也表明大中型精測望遠(yuǎn)鏡的不可替代性。(完)

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