新引力波源:白矮星雙星系統

2021-02-15 牧夫天文

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翻譯：周唯亮

校對：牧夫校對組

編排：陶邦惠

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文連結：

https://www.space.com/white-dwarf-binary-gravitational-wave-source-discovery.html

天文學家發現了兩個圍繞彼此互相旋轉著的白矮星，它們可能正在產生引力波。

藝術家對第一個確定的氦核雙白矮星引力源的藝術渲染（藝術渲染：M. Weiss）

什麼是白矮星？當像太陽這類的恆星耗盡他們的燃料後，剩餘的熱核所形成的緻密星就是白矮星。多年來，研究人員一直預測認為宇宙中應該存在由白矮星組成的雙星系統。根據廣義相對論，兩個彼此環繞運行的天體應以引力波的形式發射能量，也就是時空結構中的波動或幹擾。

雖然並不是探測到了引力波，而是發現了這個可能是引力波源的雙星系統。但是，這項研究不僅會增進我們對這些雙星系統和引力波源的理解，而且對於驗證將於2034年發射（譯者：發射你個毛線）的儀器的效率也很重要。

LISA（雷射幹涉儀空間天線）引力波天文臺將使用J2322 + 0509雙白矮星系統進行必要的訓練測試。因為我們已經知道該雙星系統的存在，所以這是一個很好的測試，用來確保引力波天文臺可以準確地看見它。

俄克拉荷馬大學的這項研究的合著者穆克雷明·基裡奇（Mukuemin Kilic）在聲明中說：「驗證雙星系統很重要，因為我們知道LISA在打開望遠鏡的幾周內就會看到它們。我們現在已知的LISA的信息源不多。這次發現的這對新一類雙星系統使我們的研究進度比任何人預料的都超前。」

模擬動畫：中子星環繞快速旋轉的白矮星運行

（視頻來源：SciTech Daily）

在一項識別和探索這種雙星系統的新研究中，哈佛大學天體物理中心（CfA）的研究人員首次探測到由兩個明顯分離的白矮星（帶有氦核）組成的雙白矮星系統。該系統便是J2322 + 0509，軌道周期短至1,201秒（剛剛超過20分鐘），是有史以來第一個此類引力波源。

哈佛大學天體物理中心天文學家，這項研究的主要作者沃倫·布朗（Warren Brown）在一份聲明中說：「理論預測表明宇宙中在我們尚未觀測到的地方存在著許多雙氦核白矮星雙星系統。這種探測為這些模型以及未來的實驗提供了一個基準，以便我們可以發現更多的此類恆星並確定其真實數目。」

這個雙星系統的軌道周期是有史以來發現的所有離體雙星中第三短的，所以相對來說較難發現。「這個雙星系統沒有光變曲線。」布朗在聲明中說，「我們無法檢測到光度信號，因為那裡根本就沒有任何光度信號。」 因此，該團隊沒有使用直接觀察光本身的光度學研究，而是使用光譜學研究來確定恆星的軌道運動，光譜學用於觀察物質如何與可見光之類的電磁輻射相互作用。

根據科研團隊的聲明和研究，儘管該雙星系統很難發現，但他們使用理論計算發現，這類雙星系統是引力波的極強來源。研究人員確定，由於該雙星系統現在所處的相對於地球的角度，引力波天文臺所能探測到的信號強度應比偏離該方向的同類雙星系統的信號強度高2.5倍。

但是，這一雙星系統不會永遠是一個雙星系統，而這也正是由科學家們希望有一天能探測到的引力波所致。「這對天體的軌道正在縮小。」布朗說，「正在發射的引力波使這對雙星失去能量；在六、七百萬年內，它們將合併成一個更大的白矮星。」

4月3日發布到arXiv.org的一篇論文（https://arxiv.org/pdf/2004.00641.pdf）對此工作進行了描述，該論文已被《天文物理期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）接收。

相關焦點

  • 在這個雙星白矮星系統中,天文學家發現了引力波源
    天文學家已經探測到兩顆恆星屍體（白矮星）在相互旋轉，它們可能會產生引力波。白矮星是像我們的太陽這樣的恆星在耗盡燃料並變成剩餘的熱核心後所形成的。正是因為恆星內部坍塌，電子被粉碎在一起，所以作為一種極緻密的星體，根據NASA的報導，白矮星表面的重力是地球重力的350,000倍。這意味著地球上一個68公斤重的人在白矮星的表面上將重達2270萬公斤。這也使得它只能被中子星和黑洞所摧毀。多年來，研究人員一直預測，應該存在由白矮星組成的雙星系統，或者說是兩個物體系統。
  • 可能與雙星系統白矮星有關
    這顆強烈的雙星白矮星可能是第一個引力波源 一對令人興奮的白矮星螺旋向對方靠近，這是我們在不久的將來能夠探測到的引力波源中最新的一對。 當然，當恆星與他們的舞伴靠得太近時，史詩般的恆星合併將是許多雙星系統的最終命運。
  • 首個雙白矮星引力波源證實，軌道周期短至一千多秒，正產生引力波
    首個獲證實雙白矮星引力波源（藝術圖）。圖片來源：美國太空網科技日報北京 4 月 7 日電 （記者劉霞）據美國太空網近日報導，美國天文學家首次探測到由兩顆獨立的白矮星組成的雙星系統，該系統名為 J2322+0509，軌道周期短至 1201 秒，目前正產生引力波，是科學家確認的首個此類引力波源。這一最新發現有助於增進我們對此類雙星系統和引力波源的理解。白矮星是類似太陽的恆星燃料耗盡後留下的核心。
  • 今日科技話題：「等距」排列、「卡裡金」「竺可楨石」、雙白矮星引力波源、新冠病毒、從鰭到手
    ——《科技日報》4首個雙白矮星引力波源證實▲首個獲證實雙白矮星引力波源（藝術圖）。圖片來源：美國太空網據美國太空網近日報導，美國天文學家首次探測到由兩顆獨立的白矮星組成的雙星系統，該系統名為J2322+0509，軌道周期短至1201秒，目前正產生引力波，是科學家確認的首個此類引力波源。這一最新發現有助於增進我們對此類雙星系統和引力波源的理解。白矮星是類似太陽的恆星燃料耗盡後留下的核心。
  • 雙星系統的共舞——迄今運行最快白矮星雙星系統「現形」
    類似地，如果是一個雙星系統，在它們的演化末期也會成為相互旋繞的白矮星雙星。兩顆靠得非常近的白矮星是非常強的引力波輻射源，雖然天文學家預計這樣的系統有很多，但到目前為止，這種系統仍非常難以捉摸。結果發現，這個光點非常不簡單，它其實是一對相互環繞的白矮星系統，官方名稱為ZTF J1539+5027。這是迄今為止發現的繞行速度最快的「食雙星系統」，這意味著從我們的角度來看，其中一顆白矮星會不斷地從另一顆白矮星前面穿過。通過分析觀測到的數據，天文學家可以計算出它們的大小、質量和軌道周期。
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    水波引力波源簡介引力波的產生，是因為非對稱的運動造成了四極矩隨時間變化。籠統的說法是，只要一個系統在運動時輪廓變化了，就能夠生成引力波。如下1、雙星系統雙星系統繞質心運動的示意圖，在牛頓力學中這個軌道總是穩定的，但在相對論力學下引力輻射會造成軌道的緩慢能夠輻射可觀測量級引力波的密近雙星系統包括白矮星、中子星和黑洞等緻密恆星組成的雙星系統，例如黑洞雙星、黑洞-中子星、雙中子星、雙白矮星等等。
  • 利用光學引力透鏡，發現超小x射線雙星，軌道周期只有12.79分鐘！
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  • 由白矮星和恆星組成的奇怪雙星系統
    日食災變變量(CV)是由白矮星和正常恆星伴星組成的雙星系統，它們的亮度不規則地增加了一個因子，然後又下降到靜止狀態。雖然到目前為止已經探測到140多個極點，但其中只有33個被確定為日食系統。對這些稀有天體的觀察可以為天文學家提供更多研究雙星磁吸積的機會。天文學家對三個極進行了光學和x射線研究，這是一種日食災變的亞類，通過在白矮星中存在非常強的磁場來區別於其他災變變量。
  • 雙星系統的分類與演化
    夜空中我們觀測到的所有亮點，其實大部分並不是單一的一顆恆星，有80%以上是多星系統。在多星系統中，雙星系統又是最常見的。科學家們根據雙星系統的結構對其進行分類，並研究其對生命的演化產生的影響。甚至有人認為，太陽是某個雙星系統的一部分。
  • 發現迄今為止最強大的引力波源，瞬間釋放8個太陽質量的能量
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  • 科學家發現神奇的異類雙星系統
    內容簡介：文章關注了一個由一顆脈衝星和一顆白矮星組成的雙星系統。解釋了該系統形成的過程，脈衝星的脈衝周期和系統的運行周期。經過數十年的觀察，科學家們發現了系統軌道方向的變化，並將之與廣義相對論聯繫起來。
  • LIGO和Virgo探測器發出了迄今為止最大的引力波源的信號
    據研究人員所知，GW190521是由一個距離地球大約50億秒的源產生的，當時宇宙大約是其年齡的一半，這使它成為迄今為止探測到的最遙遠的引力波源之一。至於是什麼產生了這個信號，基於一套強大的最先進的計算和建模工具，科學家們認為GW190521很可能是由一個具有不尋常性質的雙星黑洞合併產生的。迄今為止，幾乎每一個被證實的引力波信號都來自於兩個黑洞或兩個中子星之間的雙星合併。
  • 西媒:科學家發現類似星球大戰雙星系統 軌道現巖石碎片
    參考消息網3月1日報導 西媒稱，就在美國國家航空航天局（NASA）宣布發現了一個含7個類地行星的行星系統幾天後，研究人員發現在更遠處也許存在另外一個像科幻電影場景的系統。據西班牙《阿貝賽報》2月27日報導，這項發表在《自然·天文學》雜誌上的研究稱，一個科學家團隊在1000光年外的兩顆恆星周圍的行星碎片中發現了一些證據，認為那裡存在一個類似於星球大戰中天行者故鄉行星塔圖因那樣的雙星系統。新發現的行星殘骸看上去是巖石碎片，圍繞兩顆恆星運行，其中一顆是白矮星，一顆是褐矮星，研究人員將這個雙星系統命名為SDSS 1557。
  • 天文學家發現了史上最快的「雙星系統」
    一個由天文學家組成的國際團隊發現了一個由矮恆星組成的雙星系統，這個雙星系統圍繞彼此運行的速度比以往任何觀測到的雙星都要快。這些物體在7分鐘內，準確地說，需要6.91分鐘就能相互環繞。
  • 研究人員最新發現一雙星系統,讓人震撼
    在我們的銀河系中，像我們太陽系這樣的單恆星星系其實是少數的，大多數我們常見的天體系統是「雙星系統」甚至是「三星系統」。而這些天體系統的中心組成也未必是恆星，也有可能是白矮星。最近研究人員在對宇宙的一處空間進行觀測時就發現了一堆非常特殊的雙星系統。據報告，加州理工學院的一名研究生在使用帕洛馬山天文臺的「Zwicky瞬變設施」時意外的發現了那個雙星系統。
  • 太陽的未來將成為白矮星,那什麼是白矮星呢?
    「什麼是白矮星？」這個問題就此誕生。恆星也是有壽命的，他們也在不斷的演化和改變。在他們生命的初期，恆星是由含有灰塵和氣體的雲通過引力結合在一起形成的。之後恆星通過消耗燃料來發光發熱。質量較大的恆星會不斷消耗他們的燃料，直到以爆炸的形式結束自己的一生。而質量較小的恆星（例如：太陽），體積將會不斷膨脹成為一個紅巨星。
  • 當白矮星在愛因斯坦的天平上
    雖然引力透鏡被應用在許多研究上：比如探索大麥哲倫和仙女星系，或是更加遙遠的星系。但是同時藉助引力透鏡我們也得到過一些照片，這些照片展示了更遙遠的星系以及類星體的微引力透鏡效應，並且由此發現了一些相對小質量的系外行星。但是，所謂的觀測結果都是基於光度的變化，而不是實際測量源天體位置的變化。對於太陽系之外的天體，這是前所未有的。