星球大战——冲击红矮星的白矮星死光

[ 录入者:gohomeman1 | 时间:2016-08-10 13:28:03 | 作者:gohomeman1译 | 来源:哈勃欧洲信息中心 | 浏览:2412次 ]

原文标题:White dwarf lashes red dwarf with mystery ray

原文作者:Tom Marsh,Boris Gänsicke;Mathias Jäger

来自:哈勃欧洲信息中心; 发表时间:2016.7.27

翻译:gohomeman1  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

2016.7.27:天文学家借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜(HST),循着其他地面望远镜和空间望远镜的轨迹,发现了一对新的奇异双星:编号天蝎座AR的系统中,高速旋转的白矮星把周围的电子加速到接近光速,这些高能粒子产生的辐射击中其红矮星伴星,导致该系统每隔1.97分钟就爆发出一波从紫外光到无线电波的电磁脉冲。

白矮星的死亡射线冲击红矮星示意图,注意射线其实如灯塔般在旋转扫射。大图:14.4MB,版权:NASA,ESA;研究者团队,下同。

2015.5,由德国、英国和比利时天文爱好者组成的团队,偶然发现一个恒星系统的行为,与我们此前已知的都不相同。由英国华威大学(University of Warwick)领导的团队,借助哈勃太空望远镜在内的多个地面和空间望远镜,对其进行全面的后续观测(注1),揭开了这个此前误判系统的真相。

该恒星系统位于天蝎座,所以编号为天蝎座AR,缩写AR Sco,离地球约380光年。它包含一颗高速旋转的白矮星(注2),大小与地球相当,但质量大了20万倍(或约为1个太阳质量);以及一颗质量约为太阳1/3的红矮星(注3)。它们互相绕转周期为3.56小时,就像时钟一般跳着宇宙之舞。

作为独特的一对双星系统,天蝎座展示了其野蛮习性:拥有强磁场的高速旋转白矮星,把其周围的电子加速到逼近光速;这些电子在运动中发出像灯塔般光束,扫过其对面较冷的红矮星,使得整个系统每隔1.97分钟就显著地明暗交替一次。这个强烈的脉冲一直延伸到射电波段,这是白矮星系统此前从未探测到过的(译注: 这个系统看起来就像一个缓慢转动的中子星,但因下文所述的多个原因而不能成为中子星:质量分析表明星体质量小于白矮星极限;观测未发现X线和γ线辐射,光谱中缺乏铁元素线等)。

天蝎座AR(图像正中央,未标出的红点)所在天区的广域大图,左下为天蝎座区域的银河系星云,版权:DSS2,大图:120MB

本项目组首席研究员、华威大学的天体物理学家汤姆·马修(Tom March)评论道:“大约40年前就已经发现了天蝎座AR,但直到我们于2015.6开始观测它以前,其真相从未被质疑。我们发现了比实施观测时预期更离奇的系统。”

观测到的天蝎座AR系统,属性独特而神秘。辐射的频率范围暗示其来自磁场中加速的电子(同步加速辐射,译注),这可由系统中包含高速旋转的白矮星来解释。但电子的来源却是个谜——我们尚不清楚它来自白矮星本身,还是来自其较冷的伴星。

天蝎座AR早在二十世纪70年代就被发现,其亮度规则地以3.56小时为周期波动,使得它被错误地归类于长周期变星(注4)。发现其光度变化的真正源头,得感谢业余和专业天文学者的合作。类似的脉动行为早已观测到过,但它们来自中子星——宇宙中已知的最致密天体,甚至比白矮星密度还高很多(译注:与附注2对比,通常我们说一茶匙的中子星物质,相当于地球上航母甚至超级油轮的重量)。

研报插图,四个望远镜获得的天蝎座AR系统的长周期亮度数据,从上到下分别是哈勃、WHT、VLT、ATCA,右图为短周期放大数据,显示白矮星辐射扫过红矮星时的亮度突增具有极高同步性。

研究报告合作者、同样来自华威大学的天体物理组的Boris Gänsicke总结说:“大约50年前我们就已经知道脉动的中子星——脉冲星,而某些假说预言了白矮星也可能有类似的脉冲行为。我们很高兴发现了这样的系统,它也曾为业务和专业天文学界合作的精彩实例。”

汤姆团队的研究报告发表在2016.7.28出版的《自然》期刊上,标题:“一对发出脉冲的包含白矮星的双星系统” 。

附注:

1、本观测动用的望远镜包括:欧洲南方天文台(ESO)位于智利帕拉纳尔峰的甚大望远镜(VLT);位于西班牙加纳利群岛拉帕尔玛(La Palma)岛上的威廉·赫歇尔(William Herschel)和艾萨克·牛顿(Isaac Newton)望远镜(缩写WHT);位于澳大利亚Narrabri市保罗·怀德(Paul Wild)天文台的澳洲射电望远镜致密阵列(ATCA);美国宇航局的雨燕(Swift)卫星(用于探测γ射线和X射线,本例中未发现),以及哈勃(Hubble)望远镜。

PDF插图,从VLT获得的光谱判定主星是红矮星。横轴为波长,纵轴是光通量。黑线为观测到的可见光到近红外光谱,下方绿线为标准M5型红矮星光谱,扣减后得到粉红色光谱线,其中的尖峰为受到白矮星辐射冲击后的元素特征发射线。最下方的蓝色是假设温度为9500℃的白矮星的标准谱,粉红和蓝线的差额需要计算机模型来修正。

2、白矮星是质量小于8个太阳质量恒星的最终归宿。随着核心区氢聚变的枯竭,内部变化反映在外部的却是恒星的明显膨胀,变成红巨星。随着核心的收缩,外部壳层被吹散为巨大的气体尘埃云,只剩下与地球大小相似,却致密20万倍左右的残骸——白矮星。一茶匙(5毫升)的白矮星物质,与地球上的一头成年大象等重。

3、这颗红矮星属于M型恒星,在根据恒星光谱特征进行恒星归类的哈佛分类表中,M是最常见的恒星类型。

4、变星指从地球看去,亮度发生变化的恒星。变化原因可能是恒星本身的固有特性,比如某些恒星明显地膨胀又收缩(造父变星就是,译注);也可能是因为另一个天体定期遮挡了恒星本身。天蝎座AR被错误地划分为单变星,而不是定期互相遮挡一部分的双星系统。

译者注:

天文爱好者中有专门观测变星的群,记录其亮度的变化,并可把观测数据上传到专门的网站上去。这些数据有助于专业天文学家的研究。本例就是随着观测技术的进步,发现了以前未曾观测到的细节。

哈勃获得的系统紫外光谱,图中标出被电离了1-3个电子的碳(C)原子发射线(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),以及电离了一个电子的氦He发射线,电离3个电子的硅Si线,4个电子的氮N线。这些谱线在正常的M型红矮星中根本看不到。图中贴近X轴的蓝线是仍是假设9500℃白矮星的理论辐射谱。

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