又一速度之最?天文學家發現一個奇異雙星系統,其環繞速度極快

2020-12-16 天文在線

僅僅在地球的七千八百光年之外,人們發現了一個以空前速度環繞的雙星系統,並且是兩顆死星。由於這一雙星系統的軌道是如此之近,天文學家期待能在數年之內利用更靈敏的設備探測到來自它們的引力波。

我們早已習慣在宇宙尺度內的發生的那些慢條斯理的事情,但是對於這個被命名為ZTF J1539+5027,或簡寫為J1539的白矮星雙星系統,它們的軌道周期僅為6.91分鐘,也因此成為了史上發現的軌道最短的食雙星系統。它們的軌道近到以至於整個系統可以被木星包圍進去。

白矮星是一種死星,在死寂之前大概有十倍左右的太陽質量。如果其前身天體大於這個質量,它熄滅之後就會變成一顆中子星。如果其質量更大,那麼就會變成一個黑洞。

白矮星就是我們認為的太陽的最終歸屬。當太陽的氫燃燒殆盡之後,就會膨脹為一顆紅巨星,同時聚變氦和碳直到這些也耗盡。接下來這些外殼脫落之後,剩下的那顆曾經明亮閃耀著的、密度超高的核心,就是白矮星,也就是太陽的屍體,不再發生聚變。

在J1539中的這兩顆星星已經經歷過了這一過程。主星把太陽60%左右的質量壓縮到了一個和地球差不多大小的核中。次星的質量比較小,大概只有太陽質量的20%;但是它的體積卻比它的同伴大,所以次星的密度相對小一些。

低密度和質量同時意味著它要暗一些,所以當它運行到我們和其明亮的同伴之間時,就會完全的把主星遮蔽住。因此,這種雙星系統被稱作「食雙星」。在帕洛馬山天文臺,天文學家們利用加州理工的茨維奇過渡裝置(ZTF)進行了調查,並由所捕獲的數據中發現這一雙星系統。

「當暗的次星經過亮的主星的時候,它基本上會擋住所有的光,這樣就在ZTF的數據中產生了一個7分鐘的閃爍形式,」加州理工的物理學家凱文·波奇解釋道。

緊密靠近的軌道也意味著這兩顆星已經在向宇宙中傳播引力波了。但是我們暫時還沒能探測到這些引力波。(我們會在下文中詳述)

目前為止,我們探測到的引力波僅僅只是由一些更加巨大的天體之間碰撞產生的,比如中子星或者黑洞。而J1539相對來說很輕,同時離兩顆星近到有可能融合的情況還是有一些距離。

但是他們一直在以每天26釐米的速度靠近彼此,這意味著起碼還需要十三萬年以上的時間才能使他們的軌道周期達到5分鐘。這樣一來,從次星到主星的質量轉移就會開始急劇增加。

從這裡開始,會發生兩種情況。如果質量轉移是穩定的,這兩顆星的距離會分開一些,從而產生一種叫做獵犬座AM變星的系統。在這種雙星系統中,主星會穩定地從次星中吸積物質。

如果物質的轉移不穩定,這兩顆星有可能會融合,產生一種很罕見的形態。這種形態叫做北冕座R變星系統,是一種不規則脈動的天體,一般被認為是Ia超新星的低質量類似體。

如果人類有幸能存活到看到這一切發生的那一天,這無疑是一件激動人心的事情。所以,我們很有可能無法看到J1539雙星系統那持續衰減軌道的最終結局,同時我們也無法用現有的設備探測到它的引力波。

然而,天文學家相信正在發展的雷射幹涉空間天線(LISA)和未來基於空間的引力波探測器會改變這一事實。

LISA 直到2034年才會建成運行,所以現在還有時間去發現其它可能的引力波源頭;但是就現在而言,J1539被認為是LISA在天空中能探測到的最強的引力波信號。

同時,這一雙星系統能夠幫助我們理解這些極端系統的動態性能,也有可能幫我們在廣袤的星空中找到一些它的同胞們。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciencealert- MICHELLE STARR-霞落楓殤

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