眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

2022-07-07 00:52来源: 光明网
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  光明网讯(记者宋雅娟 肖春芳)7月7日,英国皇家天文学会月刊(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS)在线发布了一重大发现:中国科学院云南天文台韩占文领导的研究团组和澳大利亚国立大学的一个团组合作发现了一颗刚刚完成共有包层抛射的双星,被抛射的共有包层正在以大约200公里/秒的速度离开双星系统。

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

中国科学院云南天文台研究员 中国科学院院士韩占文

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

双星共有包层演化数值模拟

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

刚刚完成共有包层抛射的双星艺术图(绘图:喻京川)

  这是科学家第一次在观测上发现双星共有包层演化这一关键过程的直接证据——他们看到了被双星抛向太空的膨胀的共有包层!这一重要发现将开启人们通过天文观测精确刻画双星共有包层演化这一重要过程的研究。

  改写恒星命运的关键过程:双星共有包层演化

  天空中绝大多数发光的天体都是恒星,恒星中大约一半位于双星系统,它们在引力的作用下相互绕转。

  双星演化会改变恒星既有的演化命运,解释了恒星世界的绝大部分谜团,会形成双黑洞、双中子星等在现代天文学研究中占有重要地位的天体。

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

双星共有包层演化示意图

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

双星物质交流示意图

  双星演化有一个至关重要的过程被称之为双星共有包层演化:双星中的一颗恒星由于物质损失剧烈膨胀,将另一颗恒星包裹在外包层内,形成一个共有包层。

  恒星的既有演化路径被打断,随后的演化命运由共有包层演化过程决定,共有包层有可能被抛射,形成短周期双星,或者两颗恒星并合成一颗恒星。

  从猜想到“看见”:开启精确刻画之路

  双星共有包层演化过程于1976年被提出,近半个世纪以来一直没有被真正观测到,使得科学家们很难知道这一阶段真实发生了什么。

  科学家通过澳大利亚国立大学2.3米宽视场望远镜和开普勒卫星等观测数据,在南半球发现了一颗距离地球23000光年的密近热亚矮星双星J 1920,它的轨道周期在持续减小,周围有一个正在膨胀的壳层,以大约200公里/秒的速度离开双星。

眼见为实!中澳科学家首次看到正在抛射的双星共有包层

J1920示意图

  这个膨胀的壳层被证明是正在被吹离的共有包层。双星持续的轨道收缩表明,轨道角动量可以通过残余物质和双星的轨道运动摩擦损失,这是除了磁滞效应、引力波辐射和质量损失之外一种新的角动量损失机制。

  这一发现的科学意义,不仅在于在观测上首次直接看到了双星共有包层演化的证据,还在于科学家们可以通过观测来精确刻画这一关键过程。在此之前,科学家们只能大致描述这一过程,不能精确地数值模拟,也没有直接观测证据。

 

  附:国外天文学家对“中澳天文学家首次发现双星共有包层演化直接证据”这一成果的点评

  Philipp Podsiadlowski 英国牛津大学教授:

  非常高兴为李江丹等人的重大发现做一个点评。

  该重大发现的一个特别之处在于,同时看到了一个双星系统和大约10万年前向外抛射的共有包层。该发现不仅证实了双星系统中如何捕获恒星,彼此旋进,最终抛射共有包层的过程;同时,也可以定量地检验共有包层演化过程,大力促进相关理论的发展。尽管仍需要更多的观测来进一步进行限制该物理过程,我认为该工作是一个重大发现。

  该工作是通过中澳两国天文学家的一个紧密合作实现的。澳大利亚的SkyMapper项目就是为了发现像该工作中看到的这样重要的目标源。在目前国际形势如此紧张的情况下仍可以看到如此重要、紧密的科研合作,我感到非常高兴!

  Ashley Ruiter 新南威尔士大学堪培拉分校 高级讲师

  作者们发现了一个含有一颗低质量白矮星和一颗热亚矮星的特殊双星系统。 目前,热亚矮星正在向其白矮星伴星转移物质。尽管这样的双星系统被双星演化模型所预言,但一直未被观测到!

  李江丹等人的发现对理解双星演化非常重要。可以帮助我们理解不同暂现源的起源问题。比如,就像该工作中指出的一样,该系统将来可能会演化成一个双白矮星系统,最终并合形成R CrB变星(北冕R型变星)。目前,我们知道银河系中大约有150颗R CrB变星,但它们的起源仍然不清楚。另外,该系统也可能是Ia型超新星的前身星;其也是重要的引力波源,将来可以被类似LIGO(激光干涉引力波天文台)、LISA(空间引力波天文台)等引力波探测器探测到。特别地,这样系统中的两颗双星会靠的很近(即短轨道周期),将会是暂现源深度巡天项目(例如,鲁宾天文台大型综合巡天望远镜,简称LSST)重要的目标。希望在接下来的几年中,我们可以看到更多这样的系统。

  Brian Schmidt 澳大利亚国立大学校长 2011诺贝尔物理学奖获得者

  热烈祝贺双星演化共有包层的发现!能看到中澳天文学家这么卓有成效的合作太棒了。

  大约25年前,我们通过Ia型超新星测距发现了宇宙在加速膨胀,从而推出了暗能量的存在。当前,世界各国的科学家们都在一起努力提高超新星测距精度,从而更好地理解宇宙加速膨胀,理解暗能量。实现这样的科学目标就需要更好地理解Ia型超新星。Ia型超新星来自于双星演化,而共有包层是理解双星演化的关键。

  1976年以来,共有包层作为一个假设模型被用来解释双黑洞、双中子星和双白矮星等致密双星系统的形成。但是,共有包层演化从未被观测直接证实。该重大发现为深入理解共有包层演化打开了新途径。

  看到中澳天文学家的合作可以获得如此令人激动的成果太棒了!我很高兴可以多次到访中国,见证了中国天文学的飞速发展。我衷心祝愿中国天文的未来越来越好,并保持卓有成效的国际合作。

[责任编辑: 蔡琳 ]
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