白矮星、紅巨星以及爆炸失敗的超新星，宇宙深處，揭開“超大質量”的白矮星之謎
簡介：天文學家發現由兩顆恆星合二為一的白矮星WDJ0551+4135，其質量較幾乎是普通白矮星兩倍，碳含量較高且以運動速度較快，超過99%的白矮星。合併的白矮星雙星系統中恆星演化的結果，它可能是作為超新星爆炸失敗的結果。
天文學家發現了一顆距地球150光年的白矮星WDJ0551+4135，它曾經是兩顆白矮星，在13億年前合併成了一顆。
圖解：藝術家對白矮星結晶的描繪。圖源：sci-news
白矮星是像太陽這樣的恆星的最終狀態。一旦他們消耗了自己的核燃料，他們就會排出外層物質。
剩下的，是一種難以形容的密度聚集物，並且不能發生融合。他的光度來自於他儲存的熱能。
這個白矮星與其他白矮星不同。通常，一顆白矮星的大氣重不會含有太多的碳。但是WDJ0551+4135的大氣中含碳量較高。其質量也比典型白矮星大得多。
圖解：藝術家對兩顆白矮星合併的描繪。圖源：sciencealert
在宣佈這項新研究發現之後，這兩個特徵在天文學家眼中脫穎而出。
這項研究的首席研究員是華威大學物理系的馬克·霍蘭德博士。這項研究被命名為“一顆超大型白矮星，其混合的氫-碳大氣可能是合併的殘餘物”。這項研究發表在3月的《自然天文學》第二版上。
在一顆恆星變成白矮星之前，它會經歷一個紅巨星階段。如果紅巨星沒有足夠的質量來熔化碳，那麼碳和氧將在恆星中心聚整合一團。
圖解：紅巨星。圖源：goodfon
當恆星脫離外層時，它最終只留下白矮星這樣的一個殘餘物。儘管還有其他型別的白矮星，但大部分白矮星主要是由碳和氧組成。
不過通常情況下，碳是看不見的。一層厚厚的氦層通常會阻擋它。在他們的研究中該團隊使用威廉·赫歇爾望遠鏡對白矮星進行了光譜檢查。這表明大氣中的碳含量異常高，這是不可能的。
主要作者霍蘭德在新聞稿中說：“這顆星是我們從未見過的。你可能會看到氫氣層的外部，它們有時與氦氣混合，或者只是氦氣與碳的混合物。”
“你不可能同時看到氫氣和碳的結合，因為碳和氫氣層之間有一層厚厚的氦氣，這層氦氣阻止了它們的結合。當我們看到它時，它沒有任何意義。”
就恆星而言，許多白矮星沒有那麼大的質量，它們的質量通常是太陽的0.6倍。
但是WDJ0551+4135是不同的，它的質量幾乎是典型白矮星的2倍，即1.14太陽質量。對於一個有這麼大質量的物體來說，它仍然像其他白矮星一樣非常緊湊。它的直徑僅為地球的2/3。
它在太空中的速度也無法和其他白矮星相提並論。天文學家們用“區域性靜止標準”來描述銀河系中物質的平均速度，約為202-241 km/s。
但是相對於區域性靜止標準，WDJ0551+4135以129 ± 5 km/s的速度執行，比其他物質快得多。
由於在銀河系中老恆星比其他年輕恆星快，所以這顆白矮星一定更老。事實上，它執行速度高意味著它比銀河系中99%的白矮星都要快。
在他們的研究中，作者說他們發現這個速度在附近的白矮星三維(3D)速度分佈的第99個百分位具有相似的絕對量級。因為恆星的速度色散隨著系統年齡的增加而增加。
WD J0551+4135的快速運動學可能意味著一個系統的年齡比白矮星冷卻所暗示的年齡要老得多。
著三個特徵使它區別於其他白矮星：它的速度/年齡、質量和可見碳。
霍蘭德說：“我們有一種無法透過恆星正常演化來解釋得成分，其質量是白矮星平均質量的2倍，運動學年齡比從冷卻中推斷的年齡要老。”
“我們非常確定的一顆恆星是如何變成白矮星的，它不應該這樣做。你可以解釋它的唯一方法就是它是由兩顆白矮星合成的。”
圖解：藝術家對白矮星碰撞的描繪。圖源：sciencealert
合併後的矮星可能是雙星系統數十億年演化的結果。其中一顆恆星在它的伴星之前先達到紅巨星階段，並且包圍住它的伴星。隨著第一顆恆星收縮，兩顆恆星之間的軌道越來越近。然後第二顆恆星經過它的紅巨星階段，擴張幷包裹另一顆。
著需要數十億年的演化，但是最終引力波的發射使軌道收縮得十分厲害。末日就在眼前，或者婚姻就在眼前，當軌道收縮到足夠小得程度時，恆星就會合二為一。
天文學家們已經預測到合併後的白矮星得存在，但是，這個白矮星仍然打破了預期。他們預測合併應該發生在兩個不同尺寸得白矮星之間。但是，WDJ0551+4135似乎是大小相近的白矮星之間的合併。
圖解：藝術家對第二類超新星的描繪。圖源：sci-news
即使是由一對白矮星合併的白矮星，它的質量也是有上限的。如果產生恆星物體質量足夠大，它將作為熱失控的超新星爆炸。
天體物理學家認為白矮星質量的上限是太陽質量的1.4倍，但他們並不確定。物體也可能作為質量小於太陽1.4倍的超新星發生爆炸。這顆質量為太陽質量1.14倍的白矮星幫助天體物理學家們理解了白矮星的質量上限。
科學家們可以透過觀察其溫度來了解白矮星。白矮星不會產生任何熱量，因為它不再會產生核聚變。它們更像是餘燼而不是恆星，透過監測恆星的冷卻，科學家們可以確定恆星的年齡。
但是，當兩顆白矮星合併時，冷卻過程就開始了。
並沒有一個準確的方法來確定白矮星的年齡，這兩顆白矮星在合併之前可能已經是白矮星數十億年了。不過，研究人員認為，這個合併發生在13億年之前。
霍蘭德說：“從來沒有白矮星有著如此巨大的質量，儘管比你預期看到的要多，這就意味著它可能是合併形成的。”
“在未來，我們也許能夠用一種稱為星震學的技術，從白矮星的恆星脈動中瞭解其核成分，這是一種獨立的方法，可以確定這顆恆星是有合併形成的。”
霍蘭德說：“也許，這顆恆星最令人激動的方面是它幾乎沒有作為超新星爆炸——這些巨大的爆炸對於繪製宇宙結構圖十分重要，因為它們可以在很遠的距離被探測到。”
“然而，關於哪種恆星系統導致超新星階段，這裡仍然存在許多不確定性。聽起來可能很奇怪，測量這顆‘失敗的’超新星的性質以及未來的類似物，告訴我們很多關於熱核自我毀滅的途徑。”
BY: Anonymity
FY: 武薇
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