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壮观!亚矮星被白矮星引力扭曲成泪滴状,预计7000万年后形成超新星

前瞻网    2021-07-14 09:49

 

距离地球1500光年的一组双星,正盘旋着走向壮观的毁灭与新生。

HD265435由一种被称为白矮星的死星及其双星伴星组成;它们绕着彼此的轨道运行,距离如此之近,白矮星正在吸食另一颗恒星的物质。最终,根据理论——白矮星的质量会变得非常大,以至于不再稳定,形成巨大的超新星爆炸。

壮观!亚矮星被白矮星引力扭曲成泪滴状,预计7000万年后形成超新星

英国华威大学的天文学家英格丽德·佩利索(Ingrid Pelisoli)领导的一个科学家小组说,这还需要一段时间,但发现这样一个注定毁灭的双星是罕见的。这一发现可以帮助我们更好地理解导致这些不可思议的事件的过程。

这一点很重要,因为这种不稳定的恒星,将产生的超新星类型是我们所说的“标准烛光”——用来测量宇宙距离的关键工具之一。

恒星在其生命中(我们称之为主序)忙于在其核心将元素与更重的元素融合,但它们并不是无穷无尽的。最终,它们会耗尽能够融合的物质,然后死亡,排出它们的外部物质——这取决于恒星的质量。

对于大多数恒星来说,其核心会坍缩成一个超密度的天体,而这个天体是什么将取决于原始主序星的质量:对于质量超过太阳30倍的恒星,那将是一个黑洞。对于质量在太阳8-30倍之间的恒星,它将是中子星。对于质量低于太阳8倍的恒星(包括我们的太阳),它将是一颗白矮星。

这些星星仍然散发着余热,需要很长很长的时间才能冷却到黑暗。唯一阻止它们在自身引力下完全塌缩的是电子简并压(electron degeneracy pressure)。在一定的压力水平下,电子从原子核中剥离出来。因为相同的电子不能占据相同的空间,这些电子向外提供压力,使恒星保持完整。

这也是有限度的——大约是太阳质量的1.4倍,也就是处于钱德拉塞卡极限(the Chandrasekhar limit)时,白矮星变得如此不稳定,以至于它再次死亡,在Ia型超新星中爆炸。当这颗白矮星的轨道与另一颗双星的轨道如此接近,以至于吸走了另一颗恒星的物质,使其超过钱德拉塞卡极限时,这种情况就会发生。

但是,在观察到的Ia型超新星遗迹的数量和Ia型超新星前身候选天体的数量上,有一个奇怪的差异——根据观察到的遗迹的数量,我们只是没有发现足够多的超新星前身。

这就是HD265435如此令人兴奋的原因。它距离地球1500光年,是已知Ia型行星最近的祖先,这意味着我们有机会详细研究它。

双星本身很吸引人。它由一颗白矮星和一颗热的亚矮星组成,后者是一颗红巨星,它的外层已经喷射出去,氢耗尽后即将开始聚变氦。这颗炽热的次矮星体积很小,只有太阳质量的0.6倍,但却非常明亮——明亮到完全超过了白矮星。我们根本看不见白矮星。

Pelisoli和她的团队,通过热次矮星亮度的变化确定了这对双星。这些变化表明,这颗炽热的亚矮星正在被非常接近它的大质量白矮星拉成泪滴状。

通过仔细分析亮度变化,研究人员能够推断出发生了什么:一颗与太阳质量相当的白矮星,每100分钟左右就绕着这颗炽热的亚矮星转一圈,距离近到足以吸走亚矮星的物质并使其大气变形。

这两个天体的质量加在一起超过了钱德拉塞卡极限,这意味着最终可能在7000万年后形成Ia型超新星。在此之前,这颗白矮星将耗尽物质来融合并变成第二颗白矮星。

这一发现,可以帮助我们理解宇宙学的一个重大问题。因为钱德拉塞卡的行星质量在一个已知的范围内,Ia型超新星有一个可确定的内在亮度。这意味着我们可以用它们来绘制局部宇宙的距离——但我们用了好几种方法来做到这一点,而不同的方法给我们提供了关于宇宙膨胀率的不同结果。

“我们对超新星的工作原理了解得越多,我们就能更好地校准我们的标准烛光。这一点非常重要,因为我们从这种标准烛光中得到的结果,与我们通过其他方法得到的结果存在差异。”这项研究已经发表在《自然·天文学》(Nature Astronomy)杂志上。“我们对超新星形成的了解越多,就越能理解我们看到的这种差异是因为我们没有意识到、没有考虑到的新物理学,还是仅仅因为我们低估了这些距离的不确定性。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

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