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Jul. 21 2023

不尋常的白矮星一側由氫另一側由氦組成

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美國加州理工學院博士後學者伊拉麗亞.卡亞佐(Ilaria Caiazzo)提到,白矮星的表面成分從一邊到另一邊完全改變了。他領導了一項新研究,該研究結果發表在《自然》(Nature)期刊上。

白矮星是曾經像太陽一樣恆星的熾熱殘骸。隨著時間增加,它們會膨脹成紅巨星,最終,它們的外層氣體被吹走,核心收縮成緻密、熾熱的白矮星。大約50億年後,我們的太陽也將演化成一顆白矮星。

這顆新發現的白矮星綽號為雅努斯(Janus),取自羅馬人的門神,具有前後兩個面孔。最初是由史維基瞬變探測器(ZTF)發現的,該儀器每晚定期在加州理工學院的帕洛馬天文臺執行掃描天空。卡亞佐一直在尋找高度磁化的白矮星,例如之前使用ZTF發現的名為ZTF J1901+1458的天體。其中一個候選天體因其亮度的快速變化而引人注目,因此卡亞佐決定使用帕洛馬的CHIMERA光度計以及西班牙加那利群島加那利大望遠鏡上的HiPERCAM五重光束成像儀進行進一步分析。這些資料證實了雅努斯每15分鐘繞其自轉軸一次。

隨後在夏威夷茂納開亞山頂上的凱克天文臺進行了觀測,揭示其戲劇性的雙面性質。數據顯示,當白矮星的一側進入視野時,存在氫元素(沒有氦的跡象),而當另一側進入視野時,只有氦元素。

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什麼原因導致一顆白矮星有著如此截然不同的面孔?研究小組承認對此也感到困惑,但提出了一些可能的理論。一種想法是,我們可能正在目睹雅努斯經歷白矮星演化的一個罕見階段。卡亞佐解釋說:不是所有的白矮星,但有些白矮星的表面由氫主導轉變為氦主導。我們可能在這一過程中捕抓到了這樣一顆白矮星。

他們認為白矮星形成後,較重的元素下沉到核心,而較輕的元素氫上浮到外部。但隨著白矮星冷卻,這些物質被認為會混合在一起。在某些情況下,氫被混合到內部並被稀釋,使得氦變得更加普遍。雅努斯可能體現了這一過渡階段,但為何會以如此脫節的方式發生,一側先於另一側發展呢?為了幫助解開這個謎團,研究小組希望通過ZTF的巡天觀測發現更多類似於雅努斯的白矮星。

↑↑↑↑↑雅努斯曾經是一顆像我們太陽一樣的恆星,主要由一邊的氫和另一邊的氦組成(氫的那一邊看起來更亮)。這顆白矮星特殊的雙面性質可能是由於磁場和對流的相互作用,或者是物質的混合所導致。(Credit: K. Miller, Caltech/IPAC)

資料來源:加州理工學院

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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