天文学家发现了一颗白矮星，质量大到可能会坍塌

这张插图突出显示了一颗新发现的小白矮星，它是由 ZTF 发现的，它有 4,300 公里宽，大约相当于地球月球（3,500 公里宽）的大小。 两个对象并排显示以进行大小比较。 这颗炽热的白矮星也是已知最重的白矮星，其重量是太阳的 1.35 倍。 图片来源：朱塞佩·巴雷西

天文学家发现了有史以来最小和最大的白矮星。 Sherman Fairchild 博士后 Ilaria Caiso 说，阴燃的余烬是由两个质量较小、重​​量较轻的白矮星合并时形成的，“将比太阳更多的质量打包成一个与月球大小相当的物体”。 加州理工学院的理论天体物理学家和发表在 7 月 1 日期刊上的新研究的主要作者 自然. “这似乎违反直觉，但较小的白矮星质量更大。这是因为白矮星缺乏使普通恒星抵抗自身引力的核燃烧，而是由量子力学调节它们的大小。”

这一发现是由在加州理工学院帕洛玛天文台工作的茨威基瞬变设施（ZTF）发现的。 两台夏威夷望远镜——位于夏威夷岛毛纳基亚的 WM Keck 天文台和位于毛伊岛哈雷阿卡拉的夏威夷大学天文研究所的 Pan-STARRS（全景巡天望远镜和快速反应系统）——帮助区分了这颗死星，以及 200 英寸的帕洛马的希尔望远镜、欧洲盖亚太空天文台和美国宇航局的 Neil Gehrells Swift 天文台。

白矮星是恒星坍缩后的残骸，这些恒星的质量曾经是太阳的八倍或更轻。 例如，我们的太阳在大约 50 亿年后首次喷出红巨星后，最终会脱落外层并收缩成一颗致密的白矮星。 大约 97% 的恒星会变成白矮星。

虽然我们的太阳在没有恒星伙伴的情况下独自在太空中，但许多恒星成对地相互环绕。 恒星一起老化，如果两者的质量都小于 8 个太阳质量，那么它们都会演化成白矮星。

天文学家发现了一颗被称为白矮星的恒星体，其大小与地球月球相当。 白矮星的宽度约为 4,300 公里，而月球的宽度为 3,500 公里。 在这种艺术表现中，白矮星被描绘在月亮上方； 事实上，这颗白矮星位于天鹰座，距离我们 130 光年。 图片来源：朱塞佩·巴雷西

新发现提供了一个例子，说明在这个阶段之后会发生什么。 成对的白矮星相互环绕，以引力波的形式失去能量并最终合并。 如果死星足够大，它们就会爆炸成 Ia 型超新星。 但是如果它们低于某个质量阈值，它们就会融合成一颗新的白矮星，它比任何前任恒星都重。 与之前的恒星相比，这次合并增强了这颗恒星的磁场并加速了它的自转。

天文学家说，新发现的名为 ZTF J1901 + 1458 的小白矮星已经走上了最后的进化之路。 它的祖先融合产生了一颗质量是太阳质量 1.35 倍的白矮星。 这颗白矮星拥有比我们的太阳强约 10 亿倍的强磁场，并以每 7 分钟一圈的疯狂速度绕其轴运动（已知的最平坦的白矮星，称为 EPIC 228939929，每 5.3 分钟旋转一次）。

“我们发现了这个非常有趣的物体，它的质量不足以爆炸，”Kiazzo 说。 “我们真的在调查白矮星有多大。”

此外，Chiazu 和她的合作者认为，一颗致密白矮星的质量可能足以演化为一颗死亡的富含中子的恒星或中子星，通常是在一颗比我们的太阳大得多的恒星以超新星爆炸时形成的。

“这是非常推测性的，但白矮星的质量有可能足以进一步坍缩成中子星，”Chiazu 说。 它们的质量和密度如此之大，以至于它们原子核中的电子被原子核中的质子捕获以形成中子。 因为来自电子的压力推动了重力，这使得恒星保持完整，当太多电子被移除时，核心会坍塌。”

如果中子星形成的假设是正确的，这可能意味着其他中子星的很大一部分是以这种方式形成的。 新发现的天体的距离（约 130 光年）及其年轻的年龄（约 1 亿年或更短）表明，类似的天体可能在我们的银河系中更常见。

磁性和快速 و

在研究了 ZTF 拍摄的全天空图像后，这颗白矮星是由 Caiazzo 同事、加州理工学院博士后研究员 Kevin Bridge 首次发现的。 这颗特殊的白矮星，当结合盖亚的数据进行分析时，它的质量非常大，而且旋转速度很快。

“到目前为止，没有人能够系统地探索这种规模的短时间尺度天文现象。这些努力的结果令人惊叹，”领导团队于 2019 年发现的伯里奇说 一对白矮星每七分钟绕一圈.

然后，当 Caiazzo 震惊了一个非常强磁场的指纹时，该团队使用凯克天文台的低分辨率成像光谱仪 (LRIS) 分析了这颗恒星的光谱，并意识到她和她的团队发现了一些“非常特别”的东西，她说。 磁场强度以及天体七分钟的自转速度表明它是两颗较小的白矮星合并成一颗的结果。

来自监测紫外线的雨燕的数据有助于确定白矮星的大小和质量。 ZTF J1901 + 1458 的直径为 2,670 英里，获得了已知最小白矮星的称号，击败了之前的记录保持者 RE J0317-853 和 WD 1832 + 089，每颗直径约为 3,100 英里。

未来，Caiazzo 希望利用 ZTF 找到更多这样的白矮星，并总体上研究整个种群。 “有很多问题需要解决，比如银河系中白矮星合并的速度是多少，是否足以解释 Ia 型超新星的数量？在这些强事件中如何产生磁场，为什么矮人之间的磁场强度如此不同？“白矮星？发现大量合并产生的白矮星将有助于我们回答所有这些问题以及更多问题。”

参考资料：“一颗高度磁化、快速旋转的白矮星，大小与月球一样小”，作者：Ilaria Kaizo，Kevin B. Bridge, James Fuller, Jeremy Hill, SR Kulkarni, Thomas A. Prince, Harvey B. Richer, Josiah Schwab, Igor Andreoni, Eric C. Belm, Andrew Drake, Dimitri A. Dowef, Matthew J. Graham, George Helu, Ashish A . Mahabal、Frank J. Massey、Roger Smith 和 Mayan T. Somagnac，2021 年 6 月 30 日，在此处提供。 自然.
DOI：10.1038 / s41586-021-03615-y

这项名为“一颗与月球一样小的高度磁化、快速旋转的白矮星”的研究由玫瑰山基金会、阿尔弗雷德 P.斯隆基金会、美国宇航局、海辛-西蒙斯基金会和 AF Morrison Lick Fellowship 资助. 天文台、美国国家科学基金会和加拿大自然科学和工程研究委员会。

关于 LRIS

低分辨率成像光谱仪 (LRIS) 是一种高灵敏度和多功能的可见光波长成像和光谱仪，由 Bev Oak 教授和 Judy Cohen 教授领导的团队在加州理工学院建造并于 1993 年投入使用。从那时起，它经历了两次重大升级增强其功能：增加一个臂 第二种蓝色，针对较短波长的光进行了优化，并在最长（红色）处安装了更灵敏的检测器。 每个臂都针对其覆盖的波长进行了优化。 这种大范围的波长覆盖范围与仪器的高灵敏度相结合，可以研究从彗星（在光谱的紫外部分具有有趣的特征）到来自恒星形成的蓝光，再到来自非常遥远物体的红光的所有事物。 . LRIS 还可以同时记录多达 50 个物体的光谱，这对于研究宇宙最远和最早时期的星系团特别有用。 LRIS 被天文学家用来观测遥远的超新星，他们在 2011 年因研究确定宇宙正在加速膨胀而获得诺贝尔物理学奖。

关于 WM 凯克天文台

WM Keck 天文台的望远镜是地球上最高效的科学望远镜之一。 位于夏威夷夏威夷岛莫纳凯亚上方 10 米处的两台光学/红外望远镜配备了一套先进的仪器，包括成像仪、多体分光光度计、高分辨率分光光度计、集成光谱仪和世界领先的自适应恒星光学系统。 . 此处提供的部分数据来自凯克天文台，这是一家 501(c)3 非营利组织，是加州理工学院、加利福尼亚大学和美国国家航空航天局之间的科学合作伙伴。 WM Keck 基金会的慷慨资助使天文台成为可能。 作者希望承认并承认 Maunakea 在夏威夷原住民社区中一直扮演的非常重要和受人尊敬的文化角色。 我们很幸运有机会从这座山上进行观察。