星海捞针 四川学者发现21颗极低质量白矮星候选体
原标题:星海捞针 四川学者发现21颗极低质量白矮星候选体
10月13日,记者从西华师范大学获悉,该校研究团队与捷克科学院天文研究所和国家天文台合作,利用郭守敬望远镜(LAMOST)和欧洲航天局盖亚卫星天体测量数据,发现了21颗高置信度的极低质量白矮星候选体。该成果已发表在国际知名天文期刊《天体物理学报》上。
极低质量白矮星,是一种具有重要科学价值的氦白矮星,其质量一般小于0.3个太阳质量。它们的观测难度非常大,目前已知的极低质量白矮星只有100多颗。
这类天体有何特别之处?它们对探索宇宙有何重要性?为什么说要找到它们有如“大海捞针”?21颗候选体是如何找到的?记者专访了论文的第一作者、西华师范大学副研究员王坤。
夜空中超轻的星,竟然比宇宙还老?
记者:请您介绍一下,什么是白矮星,有我们熟悉的白矮星吗?
王坤:白矮星是一种光度低、密度大、体积小、表面温度较高的恒星。像太阳这样的恒星到了“风烛残年”,就会演变成白矮星。由于白矮星的内部将不再进行任何热核燃烧过程,只能依靠消耗残存的热量发光,因此它们将逐渐冷却变暗,近似于“油尽灯枯”。
夜空中最亮的恒星——天狼星,实际上是一个双星,由一颗主序星和一颗白矮星组成,这颗白矮星伴星是已知最大质量的白矮星之一。
记者:那极低质量白矮星又是什么类型的天体?它有什么特别之处?
王坤:它们最特别之处是质量特别小,一般小于0.3个太阳质量。作为一类具有重要科学价值的氦核白矮星,极低质量白矮星的形成过程被广泛研究。目前理论认为,单个恒星演化很难形成极低质量白矮星。
因为如果它们要从单星演化通道形成的话,其前身星质量必须足够小。然而我们知道在太阳金属丰度环境下,小于0.95个太阳质量的恒星的主序寿命比宇宙年龄都还要大。
天体物理学家们为何对它孜孜以求?
记者:极低质量白矮星是怎么形成的?
王坤:单个天体自行演化,很难形成极低质量白矮星。科学家对其来源有过各种推测。现有的观测资料显示,几乎所有的极低质量白矮星都处于双星系统中,其轨道周期从几十分钟到几十天,伴星可以是白矮星、中子星或A/F型矮星。
目前一个被广泛接受的观点就是——双星系统的相互作用。在一个双星系统中,一颗恒星被其伴星“袭击”,或通过别的形式剥离其外部包层物质。经过类似多次双星演化的物质交换,产生了极低质量白矮星。因此对天体物理来说,它是检验双星演化理论的重要天体。加之极低质量白矮星相较于经典的碳氧白矮星,其半径更大、亮度更高,观察相对更容易,它的科学价值就体现出来了。
记者:听说它们还和引力波有关?
王坤:对!这涉及它的另一大研究价值。我们知道,极低质量白矮星,基本处于双星系统中,其伴星也多为白矮星或中子星。这样含有致密伴星的、短轨道周期的极低质量白矮星双星系统,是重要的连续引力波源,能够被未来空间引力波探测器探测到。
引力波我们可以理解为电磁波的“兄弟”,科学家可以通过它来进一步探究和理解宇宙的基本物理规律。
寻找极低质量白矮星,到底难在哪里?
记者:为什么我们才只找出100多颗?
王坤:由于极低质量白矮星质量小,亮度暗,对观测设备的要求很高。目前已知的极低质量白矮星样本非常少,仅有100多颗,限制了这种极低质量白矮星的深入研究。
但是,天文学界不乏对此孜孜以求的学者。自2009年起,哈佛-史密松森天体物理中心沃伦·布朗教授领衔的研究团队,就开展了极低质量白矮星巡天项目,目前已发现的100多颗极低质量白矮星,大多是他们的成果。
记者:你们是用什么方法“大海捞针”?
王坤:广撒网。必须要强调的是,我们的发现是基于前人的基础,特别是依赖于郭守敬望远镜(LAMOST)这个重大科技基础设施。
我们和捷克科学院天文研究所和国家天文台合作,将前人基于盖亚卫星第二期数据挑选的5762颗极低质量白矮星候选体,与LAMOST第八次光谱巡天数据进行交叉,得到136颗候选体的LAMOST低分辨率光谱。
另外,交叉获得12颗已知极低质量白矮星的LAMOST低分辨率光谱。然后利用LAMOST光谱测量出目标的大气参数。通过对比12颗已知极低质量白矮星的大气参数,研究人员确认了其中6颗极低质量白矮星的性质,从而证实了利用LAMOST搜寻和研究这类特殊天体的可能性。
结合盖亚卫星第三期数据和极低质量白矮星的理论演化模型,研究人员获得21颗高置信度的极低质量白矮星候选体,为扩充极低质量白矮星的数量奠定了基础。(四川日报全媒体记者 徐莉莎)
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