一颗恒星逃脱了它死去的“怪物”白矮星同伴的同类相食吗？

一幅插图显示了一颗白矮星在双星系统中围绕一颗主序星运行（图片来源：uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创建））

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：新的研究对存在于具有活动恒星伴星的双星系统中的遥远“死星”的性质提出了质疑。这项研究背后的科学家认为，这具恒星尸体实际上是一颗怪物大小的白矮星。

这一发现引发了一个问题，即双星系统的“活”恒星是如何在如此接近恒星尸体的地方生存下来的，而不会被拖向它并被猛烈吞噬。这项研究在预印本网站Arxiv.org上有详细介绍，并已提交给《天体物理学开放杂志》。

2023年，天文学家发现这颗距离地球417光年的恒星有一个阴暗的伴星，据信是“死星”。最初，科学家们认为双星系统中的恒星残骸LAMOST J2354是一颗中子星。LAMOST之所以得名，是因为它是由天文学家使用大天空区域多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）发现的。然而，该团队发现了一些线索，使这一身份受到质疑，表明这颗潜伏的死恒星是一颗比普通白矮星更大的白矮星。

“J2354系统是由LAMOST团队发现的，据称它拥有一颗中子星，”团队负责人、俄亥俄州立大学宇宙学和天体粒子物理中心的研究员Michael a.Tucker告诉Space.com。“我最初对这个系统感兴趣，因为如果它是一颗中子恒星，它可能是在核心坍缩超新星期间形成的。

他补充道：“附近的大质量恒星（中子星的前身）的爆炸会影响伴星，并将大量金属倾倒在表面。”。

塔克解释说，相对而言，该系统就在附近，很明亮，这意味着它提供了一个很好的机会来实际寻找超新星的这种预期“污染”。

“不幸的是，我们没有发现任何，这也是我们最终更喜欢白矮星而不是中子星的原因之一，”他说。

白矮星和中子星有很多相似之处，但这两类恒星残骸之间也有许多不同之处。

主要的相似之处在于，这两种类型的恒星残骸都是在恒星耗尽核心核聚变燃料时产生的，并且无法再抵抗自身重力的向内推动。这导致恒星坍缩并产生超致密物质和残留物，量子物理学的一个方面可以防止同类粒子挤得太近，从而防止其进一步坍缩。

当质量接近太阳的恒星耗尽其核心的氢时，白矮星就诞生了。在大约50亿年后，太阳将经历这一过程，在太阳系剩余部分的中心留下一颗闷烧的宇宙余烬白矮星。

然而，当一颗质量约为太阳八倍的恒星发生氢的耗尽时，恒星的坍缩会产生压力和温度，使核心中的氦开始核聚变为更重的元素。这种情况一直持续到恒星有一个铁的核心，铁是一种任何恒星都无法融合成更重元素的元素。

只要恒星仍有足够的质量超过所谓的钱德拉塞卡极限，即太阳质量的1.4倍左右，此时恒星的坍缩就会引发超新星爆炸。这种融合坍缩的结果是产生了一颗中子星，这是一颗恒星残骸，其质量是太阳的一到两倍，占据了地球上平均城市的宽度。

“死星”的两侧，左边是中子星，右边是白矮星（图片来源：uux.cn/Carl Knox/OzGrav）

LAMOST J2354双星系统中的死恒星伴星最初被确定为中子星，因为它的质量似乎正好在钱德拉塞卡极限附近。

塔克说：“棘手的是，‘重’白矮星的质量与‘轻’中子星的质量重叠。”。“因此，即使知道确切的质量也不能回答这个隐藏的伴星是白矮星还是中子星的问题。”

研究小组能够找到一些线索，表明LAMOST J2354的死星不是中子星。这些线索中的第一条是，双星系统的活恒星不包含通常伴随着大质量恒星死亡和中子星诞生的超新星宇宙爆炸所带来的残骸或“污染”。

如果超新星发生时伴星离得更远，这种污染可能就不存在了，但塔克解释说，如果是这样的话，那么中子星就必须被“踢”向伴星，才能形成今天观测到的轨道。

塔克说：“超新星爆发后，轨道通常会膨胀，因为你已经失去了系统的质量，所以产生更近的轨道需要精细调整的踢腿方向和速度——我们估计这种情况发生的几率只有百分之几。”。

这张照片显示了2002年V838 Monocerotis壮观的恒星爆发，这是一个所谓的共同包络事件，是两颗共享气体壳层的恒星爆发。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局和哈勃遗产团队（STScI/AURA））

此外，如果这是一颗由中子星绕轨道运行的普通恒星的双星，那么它离地球的距离将是下一个最近的同类系统的两倍。这将表明银河系中此类系统的密度比目前预测的高出约八倍。这意味着目前的模型倾向于LAMOST J2354中的一颗1.4太阳质量的白矮星。

塔克继续说道：“它不是已知质量最大的白矮星，但明显高于平均水平。”。“一般来说，白矮星的质量越大，就越难看到/找到。”

他补充说，这是因为白矮星具有随着质量的增加而变小的独特特征，因此大质量白矮星比质量较小的白矮星更小、更暗。

塔克说：“由于更高的密度提高了传导效率，这使得质量更大的白矮星也比质量更低的白矮星冷却得更快，这意味着能量更容易从核心转移到表面并逃逸。”。“因此，大质量白矮星比同龄的低质量白矮星更小、更冷，因此要暗得多。”

对于Tucker来说，LAMOST J2354最有趣的方面是它的进化历史。

他解释说：“目前的轨道非常非常接近[大约是太阳宽度的1.5倍]，因此该系统肯定经历了一次共同的包络事件。”。

“共同包层”阶段是双星演化的一个共同特征，因为当质量更大的恒星在其核心耗尽氢时，它会演化成红巨星。如果双星之间的距离小于太阳宽度的500倍，红巨星的伴星就会嵌入其延伸的稀薄层中，因此被称为“共同包层”

塔克继续说道：“工作中存在阻力和摩擦，因此当包层从系统中弹出时，轨道会慢慢缩小。尽管这一过程几乎影响了双星演化的方方面面，但由于涉及荒谬的时间和空间尺度，建模极其复杂。”。“共同包络相位的结果是更接近的双星，质量更大的主星被剥离了大部分包络，留下了一颗‘氦星’或‘亚矮星’。”

插图显示了一颗白矮星在从附近的红巨星积累物质时，容易反复爆发新星。（图片来源：uux.cn/Romano Corradi/加那利航空研究所）

对于质量不到太阳三倍的低质量原恒星，塔克说，在双星直接演化成正常恒星和“常规”白矮星双星之前，氦在核心缓慢地与碳和氧融合。

他解释说：“然而，质量超过太阳三倍的更大质量的初级粒子可以点燃碳/氧核心周围壳层中燃烧的氦。”。“这会产生第二个巨大的阶段，恒星会膨胀到太阳宽度的几百倍，并开始第二个共同的包络阶段。同样，这应该会以喷射主恒星包络为代价来减少轨道。”

该团队真正想知道的是，在这样一个双星系统中，低质量伴星是如何经历两个独立的共同包络相位，而不与主要的死白矮星合并的。

塔克问道：“我们知道双星合并是因为大多数大质量白矮星由于其非常快速的自转而显示出合并的证据，那么这颗白矮星是如何/为什么存活下来的呢？”。“我向双星理论家提出了这项研究，以此来检验我们对共同包络演化如何控制近双星结果的看法。”

目前，尽管该团队的发现表明该系统中潜伏着一颗巨大的白矮星，但仍然不能排除中子星的可能性。

塔克总结道：“实际确认伴星的最佳方法是具有紫外光谱的白矮星。不幸的是，这只能来自哈勃太空望远镜，目前很难获得观测时间。”。“我们关于这个目标的提议实际上在去年被拒绝了，所以我们继续发表了我们的研究成果。我们将在未来的周期内再次尝试，但哈勃望远镜已经开始显示出它的年龄和退化。”

这意味着天文学家可能需要一段时间才能确定LAMOST J2354中的死星是中子星还是大质量白矮星。

该团队的研究发表在论文库arXiv上。