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质量过低的白矮星如何存在?科学家:反推算恒星年龄会比当今宇宙还要老

2024-11-25 214


一颗典型的白矮星质量约太阳质量 0.6 倍,然而这些年来,科学家陆续发现一些白矮星质量仅太阳的 0.15~0.3 倍,成为无解谜题,于是科学家找到一种解释:白矮星存在联星系统中,被伴星加速剥离物质而致使最终质量很低。可是现在,天文学家又找到一个无法用上述理论解释的超低质量白矮星。

一颗质量与太阳差不多或大几倍的恒星,在度过长达数十亿年的生命后会膨胀成红巨星、外层物质逐渐被吹散,最后留下高密度的核心,成为一颗死星白矮星。多数白矮星质量介于 0.5~0.7 倍太阳质量之间,然而事情总有一些特例,科学家目前找过质量最低的白矮星估计仅 0.17 太阳质量。

一颗白矮星质量要如此小,代表它生前的质量也要很低,然而按照当前恒星演化理论,质量越低的恒星则寿命越长,假如一颗恒星质量仅 0.1 太阳质量,则反推它能在宇宙中缓缓燃烧自身燃料长达数千亿年,比当今宇宙年龄还要久。

由于单颗恒星演化过程无法解释这些极低质量的白矮星,于是天文学家采用了另一种解释:质量很低的白矮星可能原本处于联星系统中,其物质被伴星不断剥离加速质量损失,故得以演化成超低质量白矮星,迄今为止,这种理论能解释所有已知的白矮星。

然而现在,由普林斯顿大学天体物理学家 Kento Masuda 领导的团队,新发现一颗无法用联星系统解释的极低质量白矮星。

该颗白矮星位于开普勒望远镜发现的 KIC 8145411 联星系统中,Kento Masuda 团队利用弗雷德‧劳伦斯‧惠普尔天文台(Fred Lawrence Whipple Observatory)、昴星团望远镜(Subaru Telescope,也称斯巴鲁望远镜)进一步分析,却发现这颗白矮星质量仅太阳的 0.2 倍。

更让人惊讶的是,白矮星与其伴星的距离宽达 1.28 AU,比地球到太阳的距离还要远,这代表白矮星生前并不会被伴星剥离大量物质,因此只能有其他机制造就出这颗质量异常低的白矮星。

但究竟如何形成?也许它不是白矮星?科学家只能确定物体质量以及它相对较小的事实,或许这实际上是一个黑洞或中子星?不过到这边又有 2 个论点持反对意见,首先从统计学来看,白矮星数量绝对比黑洞或中子星多,而且天体物理学家对极低质量的中子星或黑洞形成方式也还没有完善说法;其次──更没有相关观测数据。

一个无法被归类的天体,不代表科学家眼界狭小、不懂宇宙奥妙之处,而是说明理论尚有漏洞,并且这个洞可能藏有科学家未知的物理机制,也许天文学家要因此重新审视白矮星的形成过程、以及超低质量白矮星在生前如何与伴星相互作用、甚至直接修改理论。

再者,KIC 8145411 系统还可能只是宇宙的冰山一角,随着未来新设备投入更多观测,科学家才能描绘出最真实的宇宙世界。新论文发表在《天文物理期刊通讯》(The Astrophysical Journal Letters)。

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  • An “Impossible” White Dwarf Identified in Kepler Data
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(首图来源:JPL/NASA)

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2019-12-10 21:19:00

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