白矮星、红巨星以及爆炸失败的超新星，宇宙深处，揭开“超大质量”的白矮星之谜
简介：天文学家发现由两颗恒星合二为一的白矮星WDJ0551 4135，其质量较几乎是普通白矮星两倍，碳含量较高且以运动速度较快，超过99%的白矮星。合并的白矮星双星系统中恒星演化的结果，它可能是作为超新星爆炸失败的结果。
天文学家发现了一颗距地球150光年的白矮星WDJ0551 4135，它曾经是两颗白矮星，在13亿年前合并成了一颗。
图解：艺术家对白矮星结晶的描绘。图源：sci-news
白矮星是像太阳这样的恒星的最终状态。一旦他们消耗了自己的核燃料，他们就会排出外层物质。
剩下的，是一种难以形容的密度聚集物，并且不能发生融合。他的光度来自于他储存的热能。
这个白矮星与其他白矮星不同。通常，一颗白矮星的大气重不会含有太多的碳。但是WDJ0551 4135的大气中含碳量较高。其质量也比典型白矮星大得多。
图解：艺术家对两颗白矮星合并的描绘。图源：sciencealert
在宣布这项新研究发现之后，这两个特征在天文学家眼中脱颖而出。
这项研究的首席研究员是华威大学物理系的马克·霍兰德博士。这项研究被命名为“一颗超大型白矮星，其混合的氢-碳大气可能是合并的残余物”。这项研究发表在3月的《自然天文学》第二版上。
在一颗恒星变成白矮星之前，它会经历一个红巨星阶段。如果红巨星没有足够的质量来熔化碳，那么碳和氧将在恒星中心聚集成一团。
图解：红巨星。图源：goodfon
当恒星脱离外层时，它最终只留下白矮星这样的一个残余物。尽管还有其他类型的白矮星，但大部分白矮星主要是由碳和氧组成。
不过通常情况下，碳是看不见的。一层厚厚的氦层通常会阻挡它。在他们的研究中该团队使用威廉·赫歇尔望远镜对白矮星进行了光谱检查。这表明大气中的碳含量异常高，这是不可能的。
主要作者霍兰德在新闻稿中说：“这颗星是我们从未见过的。你可能会看到氢气层的外部，它们有时与氦气混合，或者只是氦气与碳的混合物。”
“你不可能同时看到氢气和碳的结合，因为碳和氢气层之间有一层厚厚的氦气，这层氦气阻止了它们的结合。当我们看到它时，它没有任何意义。”
就恒星而言，许多白矮星没有那么大的质量，它们的质量通常是太阳的0.6倍。
但是WDJ0551 4135是不同的，它的质量几乎是典型白矮星的2倍，即1.14太阳质量。对于一个有这么大质量的物体来说，它仍然像其他白矮星一样非常紧凑。它的直径仅为地球的2/3。
它在太空中的速度也无法和其他白矮星相提并论。天文学家们用“局部静止标准”来描述银河系中物质的平均速度，约为202-241 km/s。
但是相对于局部静止标准，WDJ0551 4135以129 ± 5 km/s的速度运行，比其他物质快得多。
由于在银河系中老恒星比其他年轻恒星快，所以这颗白矮星一定更老。事实上，它运行速度高意味着它比银河系中99%的白矮星都要快。
在他们的研究中，作者说他们发现这个速度在附近的白矮星三维(3D)速度分布的第99个百分位具有相似的绝对量级。因为恒星的速度色散随着系统年龄的增加而增加。
WD J0551 4135的快速运动学可能意味着一个系统的年龄比白矮星冷却所暗示的年龄要老得多。
着三个特征使它区别于其他白矮星：它的速度/年龄、质量和可见碳。
霍兰德说：“我们有一种无法通过恒星正常演化来解释得成分，其质量是白矮星平均质量的2倍，运动学年龄比从冷却中推断的年龄要老。”
“我们非常确定的一颗恒星是如何变成白矮星的，它不应该这样做。你可以解释它的唯一方法就是它是由两颗白矮星合成的。”
图解：艺术家对白矮星碰撞的描绘。图源：sciencealert
合并后的矮星可能是双星系统数十亿年演化的结果。其中一颗恒星在它的伴星之前先达到红巨星阶段，并且包围住它的伴星。随着第一颗恒星收缩，两颗恒星之间的轨道越来越近。然后第二颗恒星经过它的红巨星阶段，扩张并包裹另一颗。
着需要数十亿年的演化，但是最终引力波的发射使轨道收缩得十分厉害。末日就在眼前，或者婚姻就在眼前，当轨道收缩到足够小得程度时，恒星就会合二为一。
天文学家们已经预测到合并后的白矮星得存在，但是，这个白矮星仍然打破了预期。他们预测合并应该发生在两个不同尺寸得白矮星之间。但是，WDJ0551 4135似乎是大小相近的白矮星之间的合并。
图解：艺术家对第二类超新星的描绘。图源：sci-news
即使是由一对白矮星合并的白矮星，它的质量也是有上限的。如果产生恒星物体质量足够大，它将作为热失控的超新星爆炸。
天体物理学家认为白矮星质量的上限是太阳质量的1.4倍，但他们并不确定。物体也可能作为质量小于太阳1.4倍的超新星发生爆炸。这颗质量为太阳质量1.14倍的白矮星帮助天体物理学家们理解了白矮星的质量上限。
科学家们可以通过观察其温度来了解白矮星。白矮星不会产生任何热量，因为它不再会产生核聚变。它们更像是余烬而不是恒星，通过监测恒星的冷却，科学家们可以确定恒星的年龄。
但是，当两颗白矮星合并时，冷却过程就开始了。
并没有一个准确的方法来确定白矮星的年龄，这两颗白矮星在合并之前可能已经是白矮星数十亿年了。不过，研究人员认为，这个合并发生在13亿年之前。
霍兰德说：“从来没有白矮星有着如此巨大的质量，尽管比你预期看到的要多，这就意味着它可能是合并形成的。”
“在未来，我们也许能够用一种称为星震学的技术，从白矮星的恒星脉动中了解其核成分，这是一种独立的方法，可以确定这颗恒星是有合并形成的。”
霍兰德说：“也许，这颗恒星最令人激动的方面是它几乎没有作为超新星爆炸——这些巨大的爆炸对于绘制宇宙结构图十分重要，因为它们可以在很远的距离被探测到。”
“然而，关于哪种恒星系统导致超新星阶段，这里仍然存在许多不确定性。听起来可能很奇怪，测量这颗‘失败的’超新星的性质以及未来的类似物，告诉我们很多关于热核自我毁灭的途径。”
BY: Anonymity
FY: 武薇
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