低质量白矮星双星对银河系年龄和大爆炸宇宙学年龄构成了严峻挑战

我们知道，2022年，一项利用银河系厚盘中的25万颗亚巨星的复杂系统研究，得出结论，银河系的演化历史有130亿年，发表在权威学术刊物《NATURE》上，就已经对大爆炸宇宙学年龄和演化构成严重问题了。

曾经的玛土撒拉星160亿岁年龄，也是轰动一时，至今的结论也仅仅是拆东墙补西墙，瞎凑合。

但是，梳理银河系白矮星演化，尤其是小质量白矮星的演化问题，对于银河系年龄构成的挑战就更严峻了。

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作为常识，我们都知道，对于太阳来说，主流天文学观点认为，它的全部寿命大约是100亿年，更具体的研究发现，也有人认为，它的寿命可能会达到120亿年。在它耗尽了全部氢气能量之后，会经历氦闪，再继续发热，最终演化成为一颗白矮星。

最新的主流观点认为，太阳形成的白矮星质量约为现有质量的0.54倍。

现有对于白矮星的观测主要集中在银河系内部。至于超出了银河系范围的，就只有新星爆发或者1a超新星爆发之类的特别强大的能量爆发事件了。

作为常识，我们还知道，白矮星的质量上限是太阳质量的1.4倍，是由8倍太阳质量的恒星演化形成的，是临界值。

当然，恒星寿命和质量有强烈的反比关系，质量越大，寿命越短，大质量恒星的寿命可能只有几千万年，具体数据和本帖子关系不大，就不再讨论，忽略了。

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根据现有的恒星演化理论，中小质量恒星的最终演化形态以碳氧核白矮星为主，这里的中小质量恒星，是指橙矮星、黄矮星和蓝矮星，这三种的质量分别为太阳的0.5~0.8，0.8~2.3，还有2.3~8倍。还有一些大质量的氧氖核白矮星，可能是由8~12倍太阳质量的恒星演变形成的。更小质量的恒星是红矮星，它们无法点燃氦聚合成碳的反应，只能形成氦核白矮星。极低质量白矮星是一类氦核白矮星，其质量通常小于0.3倍太阳质量。

已有的观测资料显示，大多数的极低质量白矮星都处于双星系统中，其初始的主序星质量大约为1至1.5倍太阳质量之间，之后由于双星相互作用损失了大部分包层质量。当物质交流结束，恒星内核与包层组成的天体，即极低质量白矮星的前身星，可以在近恒定光度状态维持较长的时间，并在随后的演化中进入白矮星冷却阶段。由于极低质量白矮星的独特包层结构，其在星震学、恒星演化及双星演化领域具有重要的科学价值。

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已有的观测资料显示，大多数的极低质量白矮星都处于双星系统中，其初始的主序星质量大约为1至1.5倍太阳质量之间，之后由于双星相互作用损失了大部分包层质量。当物质交流结束，恒星内核与包层组成的天体，即极低质量白矮星的前身星，可以在近恒定光度状态维持较长的时间，并在随后的演化中进入白矮星冷却阶段。由于极低质量白矮星的独特包层结构，其在星震学、恒星演化及双星演化领域具有重要的科学价值。

中国科学院国家天文台高级工程师袁海龙向《中国科学报》介绍：“我们发现的这个双星系统的轨道周期为0.219658天，可见恒星表现出F型主序星的光谱特征。光变曲线的特征表明，这颗可见恒星发生了显著的潮汐形变，被拉伸变形成为了水滴状。”

据估计，该双星系统中可见星的质量约为0.09倍太阳质量。由于该星质量小，温度高，且光谱没有明显的发射线特征，研究团队认为这个可见恒星应该是一颗已经停止了物质传输的极低质量白矮星前身星。

现有的极低质量白矮星理论模型和观测统计都表明，极低质量白矮星可能存在一个大约0.14-0.16倍太阳质量的质量下限。“我们的发现对极低质量白矮星的形成模型提出了新的挑战，对完善极低质量白矮星的形成机制具有重要的科学意义。”袁海龙说。

另外，系统的不可见致密伴星质量约为1.0倍太阳质量，大概率是白矮星，但也不排除是中子星的可能。为此，研究团队将继续申请国外大望远镜观测时间，对该双星系统开展进一步的研究。

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这里出现的奇怪现象是，大质量致密伴星居然是一颗暗星，也就是黑矮星。

白矮星形成之后，需要经历漫长的冷却过程才能演变成黑矮星。国外的一项研究报告说，发现一颗0.69倍太阳质量的白矮星，经历了102亿年的冷却，还没有完全冷却。

那么，这里的1倍太阳质量的大质量白矮星的冷却时间就可能与宇宙大爆炸138亿年冲突了。

假设研究报告中的极低质量白矮星是由于大质量致密伴星吸积形成的，那么，怎么解释大质量致密伴星的暗星现象？

另外一个案例中，由一颗0.17倍太阳质量的可见氦核白矮星与一颗0.43倍太阳质量的暗星组成密近双星，也体现了同样问题。

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这个0.43倍太阳质量暗星，问题就很严重了。按照恒星演化理论，太阳现有质量为1倍太阳质量，迄今为止，它由于辐射和太阳风导致的质量损失约为0.03%，损失率可以忽略不计，在大约50亿年之后，它会经历氦闪，变成渐变次巨星，再变成红巨星，最终形成0.52~0.54倍太阳质量的白矮星，属于现有最常见的碳氧白矮星。

那么，这个0.43倍太阳质量，就是0.52~0.54倍太阳质量的0.8倍，也就是说，它的前身星应该是落在了橙矮星的范畴。而依据一般的白矮星理论，白矮星与前身星质量比率关系是，前身星质量越小，遗留的白矮星比率就越高。以至于到了8倍太阳质量时，最终遗留的白矮星只有1.4倍太阳质量，遗留比率不到20%。

这里说的，0.43倍太阳质量的暗星与0.17倍太阳质量可见白矮星双星，是2011年发现，编号SDSS J010657.39–100003.3，位于鲸鱼座，距离地球约7800光年。可见的白矮星质量约为太阳质量的17%，而看不见的那颗质量约为太阳的43%。

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按照现有恒星理论，橙矮星的恒星主序星年龄有各种说辞，比如，b站视频讲座说有200~1000亿年，百度百科《白矮星》条目是本人见到的各种论述中最短的，是主序星阶段150~300亿年。

按照前面说的比例，这颗0.43倍太阳质量按照，其前身星质量应该是比0.8倍太阳质量还要低一点儿，具体和精确估算数据，本人由于是业余，知道个大概就行了，不再追究。

也就是说，这颗0.43倍太阳质量暗星，前身星寿命至少有150亿岁，它的白矮星暗星阶段可能也有100亿年，这才能变成暗星。

这就有了严重问题，这颗暗星寿命可能达到250亿岁以上。

至于那颗0.17倍太阳质量的可见白矮星，它的寿命就更凌乱了。

当然，现有天文学界对于极低质量白矮星的解释是被伴星吸积，一般理解，这颗伴星也应该是致密星，而不可能是普通恒星，原因是，哪怕是极低质量白矮星，也是致密星，而恒星中层和外层都是在高温条件下被电离的氢元素，密度很低。

而前面的不可见暗星，说明它已经很久没有吸积了，否则它怎么可能是暗星的？

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其他案例包括：

1、这篇2020年的文章介绍，已经发现了98个类似的低质量白矮星双星案例

《科学家完成了ELM调查，探明了98个双白矮星》

2、双氦核白矮星J2322+0509，每一个的质量约为太阳的1/3，它们的轨道周期——活跃的20分钟和一秒钟——相当于所有已知的分离双星中最短的第三个周期。

《漂浮在太空中的LISA，只身探寻双氦核白矮星的奥秘》，by天文在线

3、即将合并的低质量白矮星一对白矮星ZTF J2243+5242，他们互相绕行的时间仅为8.8分钟，但是直径比较大，达到了40000公里。

《白矮星双星，奇怪的合并，罕见的超新星》

4、KIC 8145411，这是一个极低质量白矮星与恒星构成的双星系统。研究人员将夏威夷的斯巴鲁望远镜和亚利桑那州弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台的1.5米望远镜转向了这个新发现的系统。后续观测表明，这个白矮星的质量大约是太阳的五分之一，属于质量极低的白矮星。但令科学家们惊讶的是，这颗伴星的轨道距离白矮星太远，以至于无法将其质量夺走。科学家们得出结论，白矮星如此低的表观年龄一定是其他原因造成的。

来源：《现有理论无法解释这个低质量白矮星的出现，它比宇宙还要古老》

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前面第三个案例，TF J2243+5242双星的每一个质量都是大约太阳的1/3，应该也都是氦核白矮星。它们的直径为40000公里，相比之下，地球的直径为1.28万公里，木星直径为13.9万公里，海王星直径为4.79万公里。

由于白矮星特殊的质量与体积关系，越重的白矮星，体积越小，那么，这两颗比海王星稍微小一点儿的氦核白矮星，比重就比较低了，也就是比太阳的内核密度高10倍出头，完全不是我们通常理解的碳氧白矮星，每立方厘米可以达到1～10吨的水平。

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2023年，中国科学院云南天文台副研究员刘栋栋等人利用吸积致塌缩型超新星解释了一类特殊低质量X射线双星的形成。

这是他们制作的氧氖镁白矮星+氦白矮星系统通过吸积致塌缩形成极致密X射线双星的双星演化流程示意图。

                               
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一篇2019年的网文介绍，《对白矮星死亡过程的新发现，揭示了恒星衰老的另一种方式》，

天文学家发现了白矮星上氢气仍在稳定燃烧的证据。尽管是在表面，而不是在核心。
这表明，这些残余恒星核的衰老和死亡速度可能比我们想象的要慢得多，通过燃烧富含氢的外层包裹物来推迟它们的最终死亡。
天文学家表示：“我们已经发现了第一个观测证据，白矮星仍然可以进行稳定的热核活动。这很令人惊讶，因为这与人们普遍认为的不一致。”

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又发现了不同成分白矮星之间的质量分界数值可能存在相互交错的问题。也就是说，氦核白矮星、碳氧白矮星和氧氖镁白矮星的质量分界，不是一清二楚，而是有交错区间。

在前面的研究报告中，把0.43倍太阳质量白矮星归类为氦核白矮星，这就问题更严重了。经过初步研究发现，网上有一种观点，氦核白矮星的质量上限大约是0.45倍太阳质量，这时，引力凝聚可以产生足够的压力产生氦闪反应。但是，这又提出了另一个问题，就是不同成分的白矮星之间的分界线是有相互交错的，0.45倍太阳质量的氦核白矮星在完成了氦闪反应之后，遗留的质量必然是小于0.45倍太阳质量。

类似的，碳氧白矮星和氧氖镁白矮星之间也有分界交错问题。b站有一篇视频，说氧氖镁白矮星的前身星质量下限为4.94倍太阳质量。而天文学中，将质量大于1.05倍太阳质量的白矮星界定为极大质量白矮星，认为这大概是都是氧氖镁白矮星了。

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