白矮星是像太阳这样的恒星在演化末期的状态。一旦它们消耗自身的核燃料，便开始抛出外层物质。 剩下的是一种令人难以置信的高密度物质集合体，没有融合发生。它的亮度来源于其储存的热能。 这颗白矮星和其它的不同。通常情况下，白矮星的大气层不含多少碳，但WDJ0551+4135的大气层碳含量处于升高的水平，并且它也比典型的白矮星更大。 图解：两颗白矮星融合的抽象表达 图源：华威大学，马克.加里克 在新的研究宣布这项研究成果后，对于天文学家来说，这两个特点使它脱颖而出。 这项研究的首席研究员是马克·霍兰德斯博士，来自华威大学物理系。这项研究题为：“一颗具有碳氢混合大气层的超大质量白矮星，可能是融合后的残余物”。它发表在《自然天文学》杂志上。 在一颗恒星演化为白矮星之前，它会经历一个红巨星阶段。如果这个红巨星没有足够的质量来融合碳，那么碳和氧将会在恒星的中心大量聚集。 当这颗恒星脱落它的外层，它最终仅剩的残余部分就是白矮星。尽管还有其他的类型，但大多数矮星主要由碳和氧组成。 但通常情况下，碳是看不见的，一层厚厚的氦气常挡住它。在他们的研究中，研究团队用威廉·赫歇尔望远镜对白矮星进行了光谱检查。结果显示大气层中有异常高的碳含量，这种现象是不合理的。 “这颗恒星是我们以前从未见过的，你可能会期待看到一层氢外层，有时与氦混合，或者只是氦和碳的混合层”，第一作者霍兰德在一份新闻稿中提到， “同时你不会期望看到氢和碳的组合，因为在它们中间应该有一层厚厚的氦气层阻隔着，当我们看着它时，没有任何意义”。 就恒星而言，大多数白矮星并没有那么大，通常它们约为太阳的0.6倍大小。 但WDJ0551+4135不一样，它的质量接近一般白矮星的两倍，是太阳质量的1.14倍。对于质量如此之大的一个恒星来说，它仍和其他的白矮星一样非常紧密，直径只有地球的三分之二。 它在太空中的速度也和其他的白矮星不同，天文学家用“局域静止标准”来描述银河系中物质的平均运动速度，在202-241km/s之间。 但WDJ0551+4135以相对于局域静止标准的129 ± 5 km/s的速度运转，比其他天体物质快得多。 由于年龄较大的恒星在银河系的运动轨道上速度比年龄较小的要快，所以这颗白矮星的年龄一定偏老。事实上，它的速度比银河系中其他99%的白矮星都快。 研究人员在他们的研究中说：“我们发现这个速度处在附近与其绝对大小相似的白矮星的三维速度分布的第99个百分位上。由于恒星的速度弥散度随星系年龄而增加，WDJ0551+4135的高速运动可能意味着一个星系的年龄远比简单根据白矮星冷却推断的要早”。 所有这三个特征都使它与其他的白矮星区别开来：它的速度、星龄，质量和它可见的碳。 “我们认为不能以正常的恒星演化来解释，两倍白矮星平均水平的质量，加上比冷却推断的时间要早的运动年龄，”霍兰德说， “我们非常确定的是一颗恒星如何形成一颗白矮星，它不会是这种情况。唯一可以解释它的办法是如果它是由两颗白矮星融合而成的呢”。 图解：碰撞白矮星的抽象表达 合并的白矮星可能是双星系统中恒星数十亿年演化的结果，其中的一颗恒星在另一颗之前先演化成红巨星，膨胀并包裹住另外一颗恒星。当第一颗恒星收缩时，它们之间的轨道越来越近，然后第二颗恒星经历红巨星阶段，膨胀并包裹第一颗星。 这要花费数十亿年的时间，但最终引力波的发射会使轨道大幅度收缩。眼看就快结束或者合并，当轨道收缩到足够程度时，两颗恒星便合并成了一颗。 天文学家曾预测过合并的白矮星的存在，但是这可仍超出了他们的预期。他们预测的是合并应该在两颗不同大小的白矮星之间发生，但WDJ0551+4135似乎是两颗大小相似的白矮星的合并。 对于白矮星而言，即便是双星合并成的，它们的质量也是有上限的。如果由此产生的恒星大到一定程度，它将作为一个热失控的超新星爆炸。 天体物理学家认为上限约是太阳质量的1.4倍，但他们不是很确定，当它低于1.4倍太阳质量时也可能作为超新星爆炸。这颗白矮星的质量是太阳的1.14倍，它正帮助天体物理学家了解其质量上限。 科学家可以通过观测白矮星的温度来判别它的年龄。白矮星不会产生任何热能，因为它不再发生聚变。它们更像是余烬而不是恒星，通过监测恒星的冷却，可以确定其年龄。但当两颗白矮星合并时，冷却过程又重新开始了。 还没有确切的方法确定这颗白矮星的年龄，可能在两颗白矮星合并之前它们就已经作为白矮星存在了数十亿年。尽管如此，研究人员认为合并这个过程本身大约发生在13亿年前。 “这么大的白矮星并没有那么多，虽然比你所期望看到的更多，这意味着它们中的一些可能由合并而成”，霍兰德说， “将来我们也许能够用一种叫做星震学的技术，从恒星脉动中去了解白矮星的核心组分，这将是一种确定由合并而成的白矮星的独立的方法”。 “也许这颗白矮星最令人兴奋的方面是它一定刚好没能作为超新星爆炸，这些巨大的爆炸在绘制宇宙结构图中真的非常重要，因为它们可以在很远的距离被探测到”，霍兰德说， “然而，关于什么样的恒星系统能使其到达超新星阶段仍有许多不确定性，这听起来可能很奇怪，测量这颗爆炸失败的超新星以及未来类似的恒星，将会告诉我们很多关于热核自我湮灭的途径”。 翻译者：应如是 作者：physics-astronomy |
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