ZTF發現了一對非比尋常的死亡雙星白矮星,名為ZTF J1530+5027,共舞它們大約每6.91分鐘就會相互環繞一次。天文較小的發現那顆白矮星要比地球大一點,質量是兩顆太陽的60%。它的死亡雙星伴星要更大,但質量更小,共舞只有太陽的天文25%。由于會釋放出引力波,發現它們的兩顆軌道間距每天會收縮26厘米。| 圖片來源:Caltech/IPAC
來源丨原理(ID:principia1687)
許多恒星在生命的死亡雙星末期會膨脹成一顆紅巨星,比如我們的共舞太陽就是這樣,在成為紅巨星之后,它們最終演化成致密的白矮星。白矮星的質量和太陽相當,但大小卻只與地球差不多。
類似地,如果是一個雙星系統,在它們的演化末期也會成為相互旋繞的白矮星雙星。兩顆靠得非常近的白矮星是非常強的引力波輻射源,雖然天文學家預計這樣的系統有很多,但到目前為止,這種系統仍非常難以捉摸。
為了捕捉任何移動、閃爍或亮度發生了變化的天體,加州理工學院的茲威基瞬變設施(ZTF)在每個夜晚都會快速地掃描銀河系的大部分區域。ZTF是帕洛馬天文臺的一項非常先進的巡天技術,它有一個5.76億像素的大相機,每三個晚上就能對整個天空進行一次掃描。
在分析了ZTF的一小部分數據后,天文學家在距離地球約8000光年之外發現了一個閃爍的光點。結果發現,這個光點非常不簡單,它其實是一對相互環繞的白矮星系統,官方名稱為ZTF J1539+5027。這是迄今為止發現的繞行速度最快的“食雙星系統”,這意味著從我們的角度來看,其中一顆白矮星會不斷地從另一顆白矮星前面穿過。通過分析觀測到的數據,天文學家可以計算出它們的大小、質量和軌道周期。
在夜空中,這對已死亡的雙星系統非常突出,因為它們的信號經常重復,而且是以一種可預測的方式重復。過去,人們還無法系統地搜索每分鐘都在變化的天體。但ZTF那足夠大的相機讓我們終于得以做到這一點。
這兩顆新發現的白矮星都和地球差不多大,其中一顆略小于另一顆,小的那顆也比另一顆更亮一些,它們加在一起的質量與太陽相當。這兩個天體的軌道非常接近,只有地月球距離的1/5。我們甚至可以將這兩顆繞軌道運行的恒星“塞進”土星內。它們以每秒數百公里的速度,每6.91分鐘相互環繞一次。
研究人員將這一發現發表在了7月25日的《自然》雜志上,論文的第一作者Kevin Burdge說:“當較暗的那顆恒星在更明亮的那顆星前經過時,它會阻擋大部分的光線,在ZTF的數據中形成了7分鐘的閃爍模式。物質正準備從更大、更輕的那顆白矮星上溢到更小、更重的那顆白矮星上,最終,后者會將更輕的那顆伴星吞并。我們已經看到過許多白矮星被它的同伴吞食掉的例子,但是我們很少能捕捉到像這個這樣還處于合并過程中的系統。”
這對”食雙星“每6.91分鐘繞對方一周:當較大、較冷的白矮星從較小、較熱的白矮星前面經過時,較小的那顆白矮星的光會被擋住。對觀測這一系統的天文學家來說,這對恒星在日食階段會消失大約30秒。| 圖片來源:Caltech/IPAC
更妙的是,由于ZTF J1539+5027會釋放出引力波,所以兩顆白矮星會越來越靠近,相互環繞的速度也會越來越快。它們的軌道是如此緊密,以至于軌道周期預計在短短幾年后就會明顯縮短。Burdge的團隊通過將他們的新結果與過去10年獲得的數據進行比較,證實了廣義相對論對縮小軌道的預測。
當太空激光干涉儀(LISA)在2034年發射升空后,就能夠探測到雙白矮星合并輻射出的引力波。屆時。LISA所扮演的角色將與LIGO(激光干涉引力波天文臺)類似。2015年,LIGO首次直接探測到了一對相互碰撞的黑洞產生的引力波,改寫了引力波探測的歷史。而LISA將會在較低的頻率探測引力波。
物理學教授Tom Prince是這篇論文的一名合著者,他說:“這兩顆白矮星正在合并,因為它們正在發射引力波。在LISA啟動后的一周內,它就能接收到來自這個雙星系統的引力波。到時候,LISA將會在我們的星系中發現成千上萬個像這樣的雙星系統,但是到目前為止我們知道的只有幾個。而新發現的這個雙星系統是迄今為止最具特色的一個,因為它具有日食性質。”
有時候,這些雙星白矮星會合并成一顆恒星,而有時當較輕的白矮星逐漸被較重的白矮星撕碎時,它們的軌道會變得更寬。論文的作者之一James Fuller說:“我們不確定在這種情況下會發生些什么,但發現更多這樣的系統將能告訴我們,這些恒星在近距離碰撞中能存活下來的頻率。”
研究人員希望未來能夠解答的另一個謎題是有關白矮星的溫度之謎,據估計,溫度更高的那顆白矮星的溫度約為5萬攝氏度,是太陽的9倍。之所以推測這顆白矮星如此炙熱,是因為它已經開始從伴星身上“吞食物質”,這是一個會把物質加熱到極高溫度的過程,這種“吸積”過程通常與X射線有關,可研究人員并沒有發現任何X射線的蹤跡。
Burdge說:“奇怪的是,我們并沒有在這個系統中看到X射線。一種可能性是白矮星上的吸積點(物質墜落的區域)比通常情況下的更大,這就有可能導致發射出的是紫外線和可見光,而不是X射線。”
當你抬頭仰望星空的時候,如果你恰巧朝著牧夫座的方向看,不要忘了,那里有一個閃爍的光點,那是兩顆死亡雙星在共舞。
參考來源:
//www.caltech.edu/about/news/dead-stars-found-whipping-around-each-other-minutes
//www.nature.com/articles/s41586-019-1403-0
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