褐矮星能阻止恆星演化?

2020-12-05 博科園

【博科園-科學科普】重疊雙星系統在我們的宇宙中是比較常見的。對於漫不經心的觀察者來說，這些系統看起來像一顆恆星，但實際上是由兩顆圍繞在一起的恆星組成的。對這些系統的研究為天文學家提供了一個直接測量這些系統的基本屬性(即質量和半徑)的機會。

一組巴西科學家觀察到一個由白矮星和褐矮星伴星組成的雙星系統。圖片版權：FAPESP

最近，一組巴西天文學家在銀河系中觀察到一種罕見的景象，一種由白矮星和一顆低質量的褐矮星組成的黃道雙星。更不尋常的是，白矮星的生命周期似乎過早地由它的棕矮星同伴縮短了，這導致了它的早期死亡，它慢慢地將物質和「飢餓」的物質吞噬掉。

這項研究的詳細內容名為「HS 2231+ 2441：一個由低質量的白矮星和褐矮星組成的HW Vir系統」，最近發表了《皇家天文學會月報》。該研究小組由來自聖保羅大學天文研究所、地球物理學和大氣科學研究所(iagususp)的博士後研究員萊昂納多·安德拉德·德·阿爾梅達(Leonardo Andrade de Almeida)領導，他和國家空間研究所(MCTIC)以及州立大學(Feira de Santana)的成員一起。

Pico dos Dias觀測天文臺，圖片：IAC

研究小組使用巴西的Pico dos Dias天文臺在2005年至2013年間對雙星系統進行了觀測。然後這些數據與來自威廉·赫歇爾望遠鏡(William Herschel望遠鏡)的信息結合在一起，後者位於拉帕爾馬島(La Palma)的觀測臺上。這個系統被稱為「HS 2231+ 2441」，由一顆白矮星和一顆褐矮星組成

白矮星，是中間或低質量恆星的最後階段，本質上是恆星耗盡了氫和氦燃料，並將其外層吹散後剩下的部分。另一方面，褐矮星是一顆恆星的天體，它的質量介於恆星和行星之間。在同一系統中發現由兩個物體組成的二元系統，是天文學家們每天都看不到的東西。

正如Leonardo Andrade de Almeida在FAPESP新聞稿中解釋的那樣，「這種低質量的雙星相對少見。到目前為止，只有幾十人被觀察到。這個特殊的一對由百分之三十到二十的白矮星太陽的質量- 28500 K(28227°C;50840°F)- - -在棕矮星34-36倍木星。這使得HS 2231+ 2441是迄今為止研究的最小的雙星系統。

一個重疊的雙星系統概念圖，圖片：ESO/L. Calada.

在過去，主要的(白矮星)是一顆正常的恆星，它比它的同伴進化得更快，因為它更大。一旦它耗盡了氫燃料，它就形成了一個燃燒的核心。在這一點上，這顆恆星正在成為一顆紅巨星，這就是當類太陽恆星離開主序列階段所發生的事情。這將以大規模的擴張為特徵，其直徑超過1.5億公裡(9320萬英裡)。

在這一點上，Almeida和他的同事得出結論，它開始與次級(棕矮星)進行引力作用。與此同時，棕矮星開始被主要的大氣層所吸引和吞噬(即它的包膜)，這導致它失去了軌道角動量。最終引力的強大力量超過了將這個包膜固定在它的恆星上的引力。

一旦發生這種情況，主恆星的外層開始被剝離，暴露它的氦核，並向褐矮星發送大量物質。由於這種質量的喪失，殘餘物實際上已經死亡，成為白矮星。然後這個棕矮星開始繞白矮星的主軌道運行，軌道周期只有3個小時。

阿爾梅達解釋說：這轉移的質量更大質量恆星,主要的對象，其伴侶這是二次對象，非常暴力和不穩定，它持續了很短的時間內…現在是一個棕矮星,還必須獲得一些物質共享其包絡的主要對象,但不足以成為一顆新星。

顆褐矮星繞著白矮星旋轉的概念圖？圖片：ESO

這種情況與天文學家在研究雙星系統WD 1202- 024時所注意到的類似。在這裡，一個褐矮星的同伴被發現繞著白矮星的主軌道運行。更重要的是，負責這一發現的研究小組指出，當這顆褐矮星進入它的紅巨星分支(RGB)階段時，它很可能會靠近白矮星。

在這一點上，褐矮星剝離了其大氣的主要部分，露出了白矮星的殘核。同樣主恆星與棕矮星的相互作用導致過早的恆星死亡。事實上，兩項這樣的發現在短時間內就發生了，這是相當偶然的。考慮到宇宙的年齡大約有138億年的歷史)，死亡的天體只能在雙星系統中形成。

在銀河系中，大約有50%的低質量恆星是二元系統的一部分，而高質量恆星幾乎只存在於二元雙星系中。在這些情況下，大約四分之三的人會以某種方式與伴侶進行交流——交換質量，加速他們的旋轉，最終合併。

正如阿爾梅達指出的那樣，對這種二元系統的研究和類似的研究可以幫助天文學家了解像白矮星這樣的熱、緻密的物體是如何形成的。「雙星系統提供了一種直接測量恆星主要參數的方法，即它的質量，這就是為什麼雙星系統對我們理解恆星生命周期至關重要。

直到最近幾年，才發現了低質量的白矮星。找到與棕矮星共存的雙星系統——本質上是失敗的恆星——是另一個罕見的發現。但是隨著每一個新的發現，研究宇宙的可能性範圍的機會增加了。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：So Paulo Research Foundation, MNRAS

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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