从来第二颗白矮星脉冲星的发现揭示恒星如何演化

By Robert Lea

2023/6/21

Science & Astronomy

白矮星脉冲星比地球更快300倍自旋并可以帮助揭示这些罕见天体如何产生强大的磁场。

一个显示一颗白矮星脉冲星的演化的描画。 (Image credit: Dr Mark Garlick//University of Warwick)

天文学家已经发现了唯一的一颗白矮星脉冲星的第二个例子。

这颗罕见的恒星残骸正在快速的旋转，随它旋转它向一颗红矮星伴星鞭打强大的电粒子束和辐射，造成整个系统以规则周期急剧的褪色和变亮。

这种脉冲星活动据信被强磁场驱动，但科学家不确定什么造成它们。一种解释是一个提出白矮星在它们的核心有发电机的模型，就像地球的那个一样，地球产生它的磁层，尽管一个远更强大的版本。研究该系统可以证实这一机制，也可以许可科学家洞察恒星演化。

华威大学物理系研究员因格力德皮里所里在一份声明中说，“磁场的起源在许多天文学领域是一个悬而未决的问题，对于白矮星这特别的真实，白矮星中的磁场能比太阳的磁场更强一百万倍以上，发电机模型帮助解释为什么。J1912−4410的发现为这一领域向前迈出关键的一步”。

当质量与太阳相似且大约七倍更大的恒星耗尽核燃料时白矮星形成，它们的核心不再能够支撑它们自己抵抗引力坍塌。

随着恒星核心坍塌，这些恒星脱落它们的物质外壳，这些物质膨胀出去大到前身恒星宽度的100倍。这被称为红巨星阶段。随这种外壳物质扩散出去和分散核心在数百万年的时间里冷却，留下一颗叫白矮星的恒星残骸。

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太阳将在大约45亿年后经历这一过程，膨胀出去到火星轨道周围，消耗包括地球在内的内行星。然后，我们的恒星将在一个垂死的太阳系中作为一颗阴燃的白矮星结束它的生命。

一些白矮星发现它们自己在仍然动态甚至在创造它们的恒星死亡阵痛之后的系统中，特别是当它们有一颗伴星时。这方面的一个例子是新探测的白矮星脉冲星J191213.72-441045.1（J1912-4410），这是在2016年发现天蝎座AR（AR Sco）之后发现的第二个同类系统。

这颗白矮星脉冲星位于距离我们的太阳系约773光年远，有一个挤在一个地球宽度的与太阳近似的质量。它正在比我们的星球更快300倍自旋。来自这颗白矮星的一茶匙物质重达15吨，大约是河马的四倍重。白矮星随它们变老失去热，而这颗J1912−4410相对凉的温度表明它有一个高龄。

发现一个罕见的白矮星脉冲星

该团队通过搜索由各种天文堪查提供的有与AR Sco相似特征的系统数据发现了J1912-4410。潜在的被后续一种能够每秒拍摄500张照片的超快相机ULTRACAM跟踪的候选。这使它对捕捉一些最快速的天文事件完美的，因而探测白矮星脉冲星被预期的非常快的光变。

团队发现了几十对可能的候选，但只有一个展示非常类似于AR Sco每隔几秒钟就向地球方向发送无线电和X射线信号的光变。

皮里所里说，“这证实了在那里有更多的白矮星脉冲星，正如以前的模型所预测的那样”。

“有由发电机模型做出了的被J1912−4410的发现证实的其他预测。由于它们的年高，脉冲星系统中的白矮星应该是凉的。它们的伴星应该是足够近以至于白矮星的引力拉力在过去足够强大来从伴星捕获质量，这造成它们快速旋转。

所有这些预测都被J1912-4410证实，白矮星有一个低于23000华氏度（13000摄氏度）的温度，比白矮星的平均温度更低180000华氏度（100000摄氏度）多。

研究小组还发现J1912-4410每五分钟绕它的轴自旋一圈，白矮星的引力拉力对伴星有一个强的影响，也符合科学家预期来看到的。

皮里所里补充道，“这项研究是一个科学工作的极好证明------我们能做出预测并对它们进行测试，这就是任何科学怎样进步的”。

该研究于6月15日发表在《自然天文学 Nature Astronomy.》杂志上