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星震学新发现或重塑恒星演化理论

发布时间:2019-10-30 07:32编辑:国际学校浏览(150)

    白矮星内核探秘

    恒星演化理论预言遇到新挑战——天文学家利用精确星震学首次发现一颗氧元素占主导的、内核为0.45个太阳质量的白矮星。这比经典的白矮星演化模型估算的恒星内核要大40%,且其氧含量要高15%。

    近期,我校天文系博士后苏杰和付建宁教授等人基于我国大科学装置郭守敬望远镜(又称LAMOST)巡天数据的白矮星星表,观测发现了四颗新的DA型脉动白矮星。

    北京时间2018年1月9日在线出版的国际著名期刊《自然》杂志,刊登了我校天文系付建宁教授团队博士后宗伟凯参与的一项国际合作研究的重大突破性成果,题为《一颗氧元素占主导的超大内核白矮星》。2018年1月10日,《科技日报》头版以《星震学新发现或重塑恒星演化理论》为题进行了相关报道。

    新发现将会对包括太阳在内的恒星演化过程提供新的认知,或将重塑恒星演化理论。

    白矮星是中、小质量恒星演化的晚期阶段,是一种由电子简并态物质构成的致密天体。由于银河系中大约98%的恒星最终都会演化成为白矮星,因此白矮星的研究对于认识和了解恒星演化规律以及银河系演化历史具有重要意义,同时白矮星也是研究极端条件下物理现象和规律的天然实验室,而DA型白矮星则是所有已知白矮星中数量最多的一类。当DA型白矮星的有效温度在12500 K到10500 K之间时,白矮星的整体结构会发生振动,从而表现出亮度的变化,成为脉动白矮星。通过对脉动白矮星光变的观测和分析,可以确定白矮星的基本参数并了解其内部结构。目前已知的DA型脉动白矮星数量大约为200颗,为了更全面地研究脉动白矮星性质并进行星震学研究,搜寻新的脉动白矮星是很有必要的。

    恒星演化理论预言遭遇新挑战——天文学家利用精确星震学首次发现一颗氧元素占主导的内核质量为0.45个太阳质量的白矮星,并得出该星内核质量比经典的白矮星演化模型得到的预期结果要大40%,氧含量要高15%。该结果由法国科学研究中心下属图卢兹恒星与行星科学研究中心的天体物理学家领导的一个国际研究小组得出,我校天文系博士后宗伟凯参与。该发现将对包括我们太阳在内的恒星的演化过程中多种物理机制提供新的认识,或将重塑恒星演化理论。

    该结果由来自法国图卢兹恒星与行星科学研究中心的国际研究小组发现,我国研究人员也参与其中。相关研究北京时间1月9日在线发表在《自然》期刊上。

    苏杰等人首先利用已发表的基于LAMOST数据的白矮星星表中的恒星有效温度,筛选出位于脉动不稳定带内的候选体,然后分别利用丽江2.4米和兴隆2.16米望远镜进行时序测光观测,以确定它们是否存在光变。在最近完成的工作中,有4个候选体被发现具有显著的光度变化,可以确认是脉动白矮星。附图展示的是这4颗脉动白矮星的光变曲线以及光变曲线的频谱,可以看到它们具有显著的光变特征。这项成果是首次由我国天文工作者完全依托国内观测设备发现的新脉动白矮星,具有很好的自主性和原创性。

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    “白矮星是演化到末期的恒星,我们宇宙中大约97%恒星的内核将最终演化为白矮星。”参与该研究的中科院天文大科学中心LAMOST特聘青年研究员、北京师范大学在站博士后宗伟凯介绍,作为恒星活化石,白矮星保留了恒星过去演化过程中各种物理过程的踪迹,比如核燃烧和对流混合。但在恒星演化模型计算中,这些物理过程的不确定性会对估测出的恒星结构造成很大影响。

    该项研究成果已被国际著名天文学期刊The Astrophysical Journal (ApJ)接收。(论文预印本链接:

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    研究团队分析了开普勒卫星收集的脉动白矮星KIC08626021的高精度数据,并采用星震学的方法来研究这颗白矮星表层的光度振荡,最终揭开了白矮星内部组分的图像。

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    图片由Stephane Charpinet提供,上图为以银河系为背景的白矮星KIC08626021艺术假想图,下图为白矮星KIC08626021振动模型效果图。

    “在白矮星冷却的过程中,会经历几个不同的不稳定阶段,期间会出现振动。”宗伟凯介绍,由于振动,每一颗白矮星内部化学组成会表现出独特的光强变化,从而可以借助望远镜测量来进一步描绘出其内部结构。

    云顶国际,图中分别展示了4颗新发现的DA型脉动白矮星的光变曲线和对应的频谱。每幅图下方是该目标的LAMOST星表编号。频谱图上的数字表示的是该脉动白矮星主要的脉动频率。

    通过分析美国宇航局发射的开普勒卫星对脉动白矮星KIC08626021观测获得的高精度数据,天体物理学家们揭开了白矮星——就像我们的太阳演化到晚期一样——内部组份的图像。他们采用星震学的方法来研究观测到的白矮星表层的光度震荡,类似于地球物理学家使用地震波来研究地球内部结构。

    云顶国际官方网址,宗伟凯介绍,研究结果为更好地校正发生在恒星(特别是前白矮星阶段)内部的核燃烧和对流混合过程提供了精确基准。同时,更加精确的白矮星内部化学组分也可以作为“宇宙学计时器”来确定银河系的星族年龄。

    宇宙中大约97%恒星的内核将最终演化为白矮星。它们作为恒星活化石保留了其演化过程中各种物理过程(例如核燃烧和对流混合)的信息。就恒星演化理论而言,对于这些物理过程的认识仍存在非常大的不确定性。通过探测白矮星的内部化学组份,科学家们可以更好地了解白矮星前身星演化阶段的多种物理过程。

    (原载于《科技日报》 2018-01-10 01版)

    在白矮星冷却的过程中,它们会经历几个不同的不稳定阶段,期间将开始振动。由于振动,内部化学组份不同的白矮星会表现出不同的光度变化,从而可以通过望远镜进行测量。因此,一旦获知了所研究的白矮星光度变化的性质,我们就可以探测其内部结构。

    通过对脉动白矮星KIC08626021内部结构的研究,这个国际研究小组发现,不但该白矮星的内核比恒星演化理论预期的更大且其氧丰度更高,而且其精细的内部化学元素分层轮廓也首次得以呈现。这个惊人的发现为人们提供了精确基准——更好地校正发生在恒星(特别是前白矮星阶段)内部的核燃烧和对流混合过程。如果按照现有的核燃烧和对流混合过程的理论计算,其内核质量和氧丰度远远达不到该星的探测值。因此,星震学可以用于增进对恒星内部各种物理过程的认识。此外,一个更为精确的白矮星内部化学组份也可以作为”宇宙学计时器”来确定银河系的星族年龄。

    宗伟凯博士后同时也是LAMOST特聘青年研究员,受到中国科学院国家天文大科学中心经费的支持。

    文章链接:

    相关报道:

    《科技日报》:

    《人民网》转载:

    《新浪科技》转载:

    法国科学院官网:

    美国《科学新闻》:

    加拿大:

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