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中澳天文学家首次发现双星共有包层演化直接证据
2022-07-07  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  北京时间202277日,国际科学期刊英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS)在线发布了中澳科学家联合完成的一项重要科学发现。中国科学院云南天文台韩占文院士领导的团队和澳大利亚国立大学克里斯·沃尔夫(Chris Wolf)领导的星图家(SkyMapper)团队,合作发现了一颗刚刚完成共有包层抛射的双星,被抛射的共有包层正在以大约每秒200公里的速度离开双星系统。这是科学家第一次在观测上发现双星共有包层演化这一关键过程的直接证据——他们看到了被双星抛向太空的膨胀的共有包层!这一重要发现将开启人们通过天文观测精确刻画双星共有包层演化这一重要过程的研究。 

  天空中绝大多数发光的天体都是恒星,恒星中大约一半位于双星系统,它们在引力的作用下相互绕转。双星演化会改变恒星既有的演化命运,解释了恒星世界的绝大部分谜团,会形成双黑洞、双中子星等在现代天文学研究中占有重要地位的天体。 

  双星演化有一个至关重要的过程被称之为双星共有包层演化:双星中的一颗恒星由于物质损失剧烈膨胀,将另一颗恒星包裹在外包层内,形成一个共有包层(图1)。恒星的既有演化路径被打断,随后的演化命运由共有包层演化过程决定,共有包层有可能被抛射,形成短周期双星,或者两颗恒星并合成一颗恒星。双星共有包层演化过程由波兰裔美国科学家玻丹·帕琴斯基(B. Paczynski)于 1976年提出,近半个世纪以来一直没有被真正观测到。因此,科学家们很难知道这一阶段真实发生了什么。 

  云南天文台李江丹、韩占文和澳大利亚国立大学克里斯·沃尔夫博士等通过澳大利亚国立大学2.3米宽视场望远镜和开普勒卫星等观测数据,在南天区发现了一个距离我们23000光年的“热亚矮星+白矮星”双星系统J 1920:两颗星之间的距离越来越近(图2a),它们的周围有一个正在膨胀的壳层,以大约每秒200公里的速度离开双星(图2b)。这个膨胀的壳层被证明是大约1万年前被双星抛射的共有包层(图2c)。双星持续的轨道收缩表明,共有包层残余物质和双星的轨道运动摩擦会带走轨道角动量,这是除了磁滞效应、引力波辐射和质量损失之外的一种新的角动量损失机制。 

  这一发现的重要意义,在于把一个理论设想变成了现实。科学家们不仅在观测上首次看到了双星共有包层演化的证据,还可以通过观测来精确刻画这一关键过程。这是本领域一个里程碑的发现,在此之前,科学家们只能大致唯象地描述这一过程,不能精确数值模拟,也没有直接观测证据。 

  该研究得到国家自然科学基金委重大项目(批准号:12090040/3)、国家自然科学基金委杰出青年基金项目(批准号:12125303)等的资助。 

        论文链接
  
 
图1.双星共有包层演化示意图
 
 
 
2. (a): 双星系统J1920轨道周期随着时间的变化;(b):利用J1920光谱中的Ca II H&K线测量共有包层的抛射速度;(c):双星在AGB通道中的演化轨迹;(d):双星系统J1920的示意图,其展示了一个双星系统正在抛射共有包层


 
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