中新網(wǎng)北京4月25日電 (記者 孫自法)記者4月25日從中國科學(xué)院國家天文臺獲悉，由中國天文學(xué)家領(lǐng)銜的國際研究團隊，最近在中國大科學(xué)裝置郭守敬望遠(yuǎn)鏡(大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡，英文縮寫LAMOST)的光譜巡天數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)一顆極其罕見的、與生俱來的超錢德拉塞卡質(zhì)量白矮星-熱亞矮星雙星系統(tǒng)LAN11。
該系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)研究，為白矮星雙星系統(tǒng)在演化末期可能遵循新路徑形成中子星的理論預(yù)言提供了觀測支持。其對中子星、Ia型超新星等理論和觀測研究都具有重大意義。
雙星系統(tǒng)LAN11藝術(shù)想象圖。中國科學(xué)院國家天文臺 供圖
這項重要天文發(fā)現(xiàn)研究成果，由中國科學(xué)院國家天文臺、中國科學(xué)院大學(xué)、云南天文臺、西華師范大學(xué)的科研人員以及匈牙利同行聯(lián)合組成的國際研究團隊共同完成，成果論文近日在學(xué)術(shù)期刊《中國科學(xué)：物理力學(xué)天文學(xué)》發(fā)表。
證認(rèn)超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)
研究團隊介紹，恒星走向死亡的具體過程，既是恒星物理領(lǐng)域中的關(guān)鍵課題，又對宇宙膨脹、引力波探測等諸多天體物理領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)影響。在多數(shù)情形下，包含白矮星的雙星系統(tǒng)在總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限后，通常會以Ia型超新星的形式結(jié)束其演化歷程，然而理論上還存在著其他可能性。吸積致坍縮(AIC)便是其中的一種演化路徑，此路徑下的雙星演化結(jié)局并不會發(fā)生超新星爆炸，而是直接坍縮形成中子星，是中子星形成的重要途徑之一。
雖然截至目前尚未直接觀測到AIC事件，但若能發(fā)現(xiàn)AIC前身星，則可以有力限定AIC出現(xiàn)的概率，并進一步理解雙星演化終點所涉及的復(fù)雜物理過程。
在本項研究中，研究團隊基于郭守敬望遠(yuǎn)鏡的光譜數(shù)據(jù)，以及通過望遠(yuǎn)鏡獲取計劃(TAP)得到的帕洛瑪天文臺5米海爾望遠(yuǎn)鏡觀測數(shù)據(jù)和中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀測站2.16米望遠(yuǎn)鏡等數(shù)據(jù)，結(jié)合其他開放觀測數(shù)據(jù)庫，成功證認(rèn)一個極為罕見的、與生俱來的超大質(zhì)量白矮星-熱亞矮星超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)Lan11。
精確測量無法看到致密天體
通過覆蓋該雙星系統(tǒng)軌道周期的光譜和測光觀測數(shù)據(jù)，研究團隊得以描繪出這個恒星系統(tǒng)的具體模樣：它由兩顆恒星組成，地球接收到的光信號來自其中一顆被稱為熱亞矮星的演化晚期恒星，質(zhì)量在0.52-0.65倍太陽質(zhì)量之間。觀測發(fā)現(xiàn)這顆恒星的形狀并不是通常的球形，而呈現(xiàn)橢球形，暗示它旁邊隱藏著一個很難觀測到的尺寸很小但質(zhì)量很大的致密天體。
精確測量顯示，這個無法看到的天體質(zhì)量在1.07-1.35倍太陽質(zhì)量之間，半徑應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常恒星。這些信息都表明，該致密天體應(yīng)該是一顆罕見的大質(zhì)量白矮星，其核心很可能充滿氧和氖，通常被稱為氧氖白矮星。
這個雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量達到1.67-1.92倍太陽質(zhì)量，遠(yuǎn)超過錢德拉塞卡極限(大約1.4倍太陽質(zhì)量)，也是利用光學(xué)手段觀測到的質(zhì)量最大的熱亞矮星-白矮星系統(tǒng)。理論推測，該系統(tǒng)因不斷釋放引力波而將在5-5.4億年以后合并。通常情況下，包含白矮星的雙星系統(tǒng)如果總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限，合并后會形成超新星爆發(fā)。但也有例外，如果這顆白矮星是一顆氧氖白矮星，那么合并產(chǎn)生的能量會被電子俘獲過程吸收，不能形成爆炸，而經(jīng)由AIC事件直接坍縮形成一顆中子星。
稀有天體高效觀測研究路徑
進一步的理論研究揭示了這個雙星系統(tǒng)的前世，理論預(yù)測它早期包括一顆質(zhì)量約5至8倍太陽質(zhì)量的恒星，通過單星演化過程快速形成一顆氧氖白矮星。這也是目前唯一一個被觀測到的大質(zhì)量特性源自本身演化而非吸積過程的白矮星。之后通過共有包層演化，熱亞矮星前身星的包層被剝離掉，裸露出熾熱的核心，形成現(xiàn)在的熱亞矮星。
國際知名天文學(xué)家斯蒂芬·蓋爾(Stephan Geier)同期發(fā)表評述文章，強調(diào)發(fā)現(xiàn)這顆罕見的AIC前身星候選體的重要意義，認(rèn)為該發(fā)現(xiàn)深刻揭示天體物理學(xué)重大問題的突破方向未必局限于遙遠(yuǎn)宇宙，太陽鄰近天體同樣可能蘊藏著顛覆性發(fā)現(xiàn)，這也為后續(xù)在太陽周邊開展細(xì)致天體研究提供重要啟示。
研究團隊表示，本項研究是基于中國郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天數(shù)據(jù)選源，再通過望遠(yuǎn)鏡獲取計劃獲得國際大中型望遠(yuǎn)鏡開展后續(xù)觀測的一個典型案例，展示出對稀有天體的搜尋研究而言，郭守敬望遠(yuǎn)鏡利用其海量光譜庫進行初篩，再使用大中型精測望遠(yuǎn)鏡進行證認(rèn)，是一條切實可行的高效觀測研究路徑。它不僅體現(xiàn)出郭守敬望遠(yuǎn)鏡巡天的大樣本能力，也表明大中型精測望遠(yuǎn)鏡的不可替代性。(完)
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