天文学家发现了有史以来最小、质量最大的白矮星。两颗质量较小的白矮星合并时形成该天体，“将比太阳质量更大的物质打包成一个与月球大小相当的天体，”加州理工学院理论天体物理学博士后研究员、发表在7月1日出版的《自然》杂志上的新研究的主要作者伊拉里亚·凯亚佐（Ilaria Caiazzo）说，“这似乎违反直觉，但较小的白矮星恰好更大。这是因为白矮星缺乏使普通恒星抵抗自身引力的核燃烧，它们的大小反而受量子力学的调节。” 这一发现是由在加州理工学院帕洛玛天文台运行的兹威基瞬态设施（Zwicky Transient Facility ，简称ZTF ）发现。两台夏威夷望远镜——W.夏威夷毛纳基岛 M. Keck 天文台和夏威夷大学天文研究所在毛伊岛哈雷阿卡拉的 Pan-STARRS（全景巡天望远镜和快速反应系统）帮助描述这颗死星，以及5080mm的Hale Palomar 望远镜、欧洲盖亚太空天文台和美国宇航局（NASA ）Neil Gehrels Swift 天文台。 白矮星是恒星坍缩后的残余物，它们的质量曾经是太阳质量的八倍或更轻。例如，我们的太阳在大约 50 亿年后首次膨胀为红巨星后，最终会从其外层脱落并收缩成一颗致密的白矮星。大约 97% 的恒星会变成白矮星。  虽然我们的太阳在没有恒星伙伴的情况下独自在太空中遨游，但许多恒星成对地围绕彼此运行。恒星一起变老，如果它们都小于8个太阳质量，它们都会演化成白矮星。 新发现提供了一个例子，说明在这个阶段之后会发生什么。这对相互盘旋的白矮星以引力波的形式失去能量并最终合并。如果死星足够大，它们就会爆炸成所谓的 Ia 型超新星。但是如果它们低于某个质量阈值，它们就会组合成一个新的白矮星，它比任何一颗 都重。与前身星相比，这种合并过程增强了那颗恒星的磁场并加速了它的自转。  天文学家说，新发现的小白矮星ZTF J1901+1458采用了后一种演化路线；它的祖先合并并产生了一颗质量为太阳 1.35 倍的白矮星。这颗白矮星拥有比太阳强近10 亿倍的极端磁场，并以每七分钟一圈的疯狂速度绕着它的轴旋转（已知的最活泼的白矮星，称为EPIC228939929，每 5.3 分钟旋转一次）。 “我们发现了这个非常有趣的物体，它的质量不足以爆炸，”凯亚佐说，“我们真正在探索白矮星的质量有多大。”  更重要的是，凯亚佐和她的合作者认为合并的白矮星可能大到足以演化成一颗富含中子的死星或中子星，通常当一颗比我们的太阳质量大得多的恒星在超新星中爆炸时形成。 “这是高度推测的结果，但白矮星的质量可能足以进一步坍缩成中子星，”凯亚佐说，“它的质量和密度如此之大，以至于在它的核心中，电子被原子核中的质子捕获以形成中子。因为来自电子的压力推动了引力，使恒星保持完整，当数量足够大时，核心就会坍塌的电子被移除。” 如果这个中子星形成假说是正确的，那可能意味着其他中子星的很大一部分是这样形成的。新发现的物体距离很近（大约 130 光年远）和它的年轻年龄（大约 1 亿年或更短）表明类似的物体可能在我们的银河系中更常见。  磁性和快速在搜索了 ZTF 拍摄的全天图像后，凯亚佐的同事、加州理工学院的博士后学者凯文·伯奇 (Kevin Burdge) 首次发现了这颗白矮星。这颗特殊的白矮星，当结合盖亚的数据进行分析时，它的质量非常大，而且旋转速度很快。 “到目前为止，还没有人能够系统地探索这种规模的短时间尺度天文现象。这些努力的结果令人震惊，”伯奇说，他在 2019 年领导的团队发现一对白矮星，这对白矮星每七分钟在彼此身边穿梭一次。  该团队随后使用凯克天文台的低分辨率成像光谱仪 (LRIS) 分析了这颗恒星的光谱，就在那时，凯亚佐被一个非常强大的磁场的特征所震撼，并意识到她和她的团队发现了一些“非常特别的东西， “正如她所说。磁场强度和天体的 7 分钟旋转速度表明它是两个较小的白矮星合并成一个的结果。 来自观测紫外线的雨燕的数据帮助确定了白矮星的大小和质量。ZTF J1901+1458 的直径为 4272公里，获得了已知最小白矮星的称号，超越了之前的纪录保持者 RE J0317-853 和 WD 1832+089，它们的直径均约为 4960公里。  未来，凯亚佐希望利用 ZTF 寻找更多像这样的白矮星，并总体上研究整个种群。“有很多问题需要解决，例如星系中白矮星合并的速度是多少，是否足以解释 Ia 型超新星的数量？在这些强大的事件中如何产生磁场，为什么白矮星之间的磁场强度有如此多的差异吗？找到大量由合并产生的白矮星将有助于我们回答所有这些问题以及更多问题。” |
