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最小也最重:“矛盾”白矮星挑战旧日假说

恒星“遗体”――白矮星

当地时间7月1日,《自然》杂志报道,美国加州理工学院博士后研究员Ilaria Caiazzo领导的团队用兹威基瞬态设备(ZTF),发现了有史以来最小最重的白矮星。Caiazzo说:“这好比将太阳压缩至月球体积,看似有悖常理。其原因在于白矮星缺乏其他恒星拥有的核燃料,并且它们的尺寸是由量子力学控制的。”

白矮星是恒星塌缩后的残骸,这些恒星质量可达太阳质量的八倍左右。以太阳为例,在大约50亿年后,它会膨胀为一颗红巨星,最终,红巨星的外层剥离,收缩成致密白矮星。在宇宙中,约97%的恒星会变成白矮星。许多恒星成对地围绕彼此运行,如果两颗一同衰老的恒星都不足8倍太阳质量,就会双双演化成白矮星。

新发现为“双子白矮星”演化后的故事提供了线索。这对相互旋转的白矮星以引力波形式失去能量后发生合并。如果死亡恒星的质量足够大,就会发生爆炸,形成Ia型超新星;而如果它们的质量低于某个临界值,则会合并成一颗新的白矮星。新白矮星的质量比任何一颗原始恒星的质量都大。合并过程还会增强磁场,并加快其自转速度。

显然,新发现的小白矮星ZTF J1901+1458采取了第二条演化路线:它的前体恒星合并产生了一颗1.35倍太阳质量的白矮星。这颗白矮星的磁场强度达到太阳磁场的10亿倍,并以7分钟/圈的速度绕轴疯狂旋转。紫外线数据还帮助确定了白矮星的大小。ZTF J1901+1458的直径为2670英里,击败了之前的纪录保持者RE J0317-853和WD 1832+089(直径都为3100英里左右),荣获“最小白矮星”奖项。它距离地球仅130光年,并且很年轻(≤一亿岁),这表明类似天体在银河系中十分常见。

更重要的是,Caiazzo认为合并后的白矮星有可能演化成一颗中子星――一般来说,中子星在远超太阳质量的恒星发生超新星爆炸时形成。“这颗白矮星的质量足够大,以至于在其内核中,电子被原子核中的质子捕获,形成了中子。电子压力与重力相互推动,使恒星保持完整。当足够多的电子被移走时,恒星核就塌缩了。”如果新的中子星形成假说正确,意味着很多其他中子星也是以这种方式成形。

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编译:雷鑫宇 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《自然》

期刊编号:0028-0836

原文链接:https://phys.org/news/2021-06-white-dwarf-edge.html

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