中新网北京4月25日电 (记者 孙自法)记者4月25日从中国科学院国家天文台(tai)获悉,由中国天文学家领衔的国际研究团队,最近在中国大科学装(zhuang)置郭守(shou)敬望远镜(大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜,英文缩写LAMOST)的光谱巡天数据中,发现一颗(ke)极其罕见的、与(yu)生俱来的超钱德拉塞卡质量白矮(ai)星-热亚矮(ai)星双星系统LAN11。
该系统的发现研究,为白矮(ai)星双星系统在演化末期可(ke)能遵循新路(lu)径形(xing)成中子星的理论预(yu)言提供了(le)观测支撑。其对中子星、Ia型超新星等理论和观测研究都具有(you)重大意义。
本项研究发现的双星系统LAN11艺术想象图。中国科学院国家天文台(tai) 供图
这项重要天文发现研究成果,由中国科学院国家天文台(tai)、中国科学院大学、云南天文台(tai)、西华师范大学的科研人(ren)员以及匈牙利同行联合组成的国际研究团队共同完(wan)成,成果论文近日在学术期刊《中国科学:物理 力学 天文学》发表。
证认超钱德拉塞卡双星系统
研究团队介(jie)绍,恒星走向死(si)亡的具体过程,既是恒星物理领域中的关键课题,又对宇宙膨胀、引(yin)力波探测等诸多天体物理领域有(you)着深远影响(xiang)。在多数情形(xing)下,包含白矮(ai)星的双星系统在总(zong)质量超过钱德拉塞卡极限后,通常会以Ia型超新星的形(xing)式(shi)结束其演化历程,然而理论上还存在着其他可(ke)能性。吸积致坍(tan)缩(AIC)便是其中的一种(zhong)演化路(lu)径,此(ci)路(lu)径下的双星演化结局并不会发生超新星爆炸,而是直接坍(tan)缩形(xing)成中子星,是中子星形(xing)成的重要途(tu)径之一。
虽然截至目前尚未直接观测到(dao)AIC事件(jian),但若能发现AIC前身星,则(ze)可(ke)以有(you)力限定AIC出现的概率,并进一步理解(jie)双星演化终(zhong)点(dian)所涉及的复(fu)杂物理过程。
在本项研究中,研究团队基于(yu)郭守(shou)敬望远镜的光谱数据,以及通过望远镜获取计划(TAP)得到(dao)的帕洛玛天文台(tai)5米海尔望远镜观测数据和中国科学院国家天文台(tai)兴隆(long)观测站2.16米望远镜等数据,结合其他开放观测数据库,成功证认一个极为罕见的、与(yu)生俱来的超大质量白矮(ai)星-热亚矮(ai)星超钱德拉塞卡双星系统Lan11。
精确测量无法看到(dao)致密天体
通过覆盖该双星系统轨(gui)道周期的光谱和测光观测数据,研究团队得以描绘出这个恒星系统的具体模样:它由两颗(ke)恒星组成,地球接收(shou)到(dao)的光信号(hao)来自其中一颗(ke)被称为热亚矮(ai)星的演化晚期恒星,质量在0.52-0.65倍太阳质量之间。观测发现这颗(ke)恒星的形(xing)状并不是通常的球形(xing),而呈现椭球形(xing),暗示它旁边隐藏着一个很难观测到(dao)的尺寸很小但质量很大的致密天体。
精确测量显示,这个无法看到(dao)的天体质量在1.07-1.35倍太阳质量之间,半径应远远小于(yu)正常恒星。这些信息都表明,该致密天体应该是一颗(ke)罕见的大质量白矮(ai)星,其核心很可(ke)能充满氧和氖(nai),通常被称为氧氖(nai)白矮(ai)星。
这个双星系统的总(zong)质量达到(dao)1.67-1.92倍太阳质量,远超过钱德拉塞卡极限(大约1.4倍太阳质量),也是利用光学手段观测到(dao)的质量最大的热亚矮(ai)星-白矮(ai)星系统。理论推测,该系统因不断释放引(yin)力波而将在5-5.4亿年以后合并。通常情况下,包含白矮(ai)星的双星系统如果总(zong)质量超过钱德拉塞卡极限,合并后会形(xing)成超新星爆发。但也有(you)例外,如果这颗(ke)白矮(ai)星是一颗(ke)氧氖(nai)白矮(ai)星,那么合并产生的能量会被电子俘(fu)获过程吸取(shou),不能形(xing)成爆炸,而经由AIC事件(jian)直接坍(tan)缩形(xing)成一颗(ke)中子星。
稀(xi)有(you)天体高效观测研究路(lu)径
进一步的理论研究揭(jie)示了(le)这个双星系统的前世,理论预(yu)测它早期包括一颗(ke)质量约5至8倍太阳质量的恒星,通过单星演化过程快速形(xing)成一颗(ke)氧氖(nai)白矮(ai)星。这也是目前唯一一个被观测到(dao)的大质量特性源自本身演化而非吸积过程的白矮(ai)星。之后通过共有(you)包层演化,热亚矮(ai)星前身星的包层被剥离掉(diao),裸露出炽热的核心,形(xing)成现在的热亚矮(ai)星。
国际知名天文学家斯蒂芬·盖尔(Stephan Geier)同期发表评述文章,强调发现这颗(ke)罕见的AIC前身星候选体的重要意义,认为该发现深刻揭(jie)示天体物理学重大问题的突破方向未必(bi)局限于(yu)遥远宇宙,太阳邻近天体同样可(ke)能蕴藏着颠覆性发现,这也为后续在太阳周边开展细致天体研究提供重要启示。
研究团队表示,本项研究是基于(yu)中国郭守(shou)敬望远镜巡天数据选源,再通过望远镜获取计划获得国际大中型望远镜开展后续观测的一个典型案例,展示出对稀(xi)有(you)天体的搜寻研究而言,郭守(shou)敬望远镜利用其海量光谱库进行初筛,再使(shi)用大中型精测望远镜进行证认,是一条切(qie)实(shi)可(ke)行的高效观测研究路(lu)径。它不仅(jin)体现出郭守(shou)敬望远镜巡天的大样本能力,也表明大中型精测望远镜的不可(ke)替代性。(完(wan))