两颗微小恒星的轨道比我们的太阳还小

一位天文学家表示,这个不同寻常的系统“本不该存在”,他指出其轨道周期与他日常通勤所需的时间相当。
An illustration of a brown dwarf and a hotter star, in white.
美国宇航局绘制的双星系统示意图,其中包括一颗褐矮星,尽管图中描绘的伴星(左上方)是一颗早已死亡的白矮星。NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/致谢:William Pendrill

现实比虚构更奇特,尤其是在太空领域。天文学家最近发现两颗微小恒星以如此近的距离相互绕转,整个系统可以被容纳在我们的太阳内部。在一篇新提交给《开放天体物理学杂志》(Open Journal of Astrophysics) 的文章中,研究人员公布了 ZTF J2020+5033 的发现。ZTF J2020+5033 是一个被称为褐矮星(一种介于恒星和行星之间的天体)的“准恒星”对象,它正围绕着一颗小质量恒星运行。

这就是所谓的双星系统,其中两颗恒星通过一种引力舞蹈相互束缚——让人想起《星球大战》中塔图因星球(Tatooine)上空中标志性的双子太阳。这个新发现的、非常真实的双星系统之所以令人惊叹,是因为它极其小巧。美国自然历史博物馆的天文学家 Mark Popinchalk(未参与新研究)表示:“这个系统本不该存在。”

这颗褐矮星绕其母恒星公转一周只需不到两个小时,这大致相当于 Popinchalk 从布鲁克林通勤到曼哈顿办公室再返回所需的时间。“我原本会怀疑这个系统的存在,”他补充道,但研究人员通过使用多种望远镜和技术收集了“大量的令人印象深刻的数据”来支持这一发现。

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该研究的首席作者、加州理工学院的天文学家 Kareem El-Badry(Kareem El-Badry)表示:“该轨道的轨道周期比以往发现的任何褐矮星双星系统都要短得多(即更近)。‘直到现在,人们似乎认为这类双星系统无法达到如此短的轨道周期,但这个系统表明事实并非如此。’”

双星系统是天文学家更广泛地理解恒星的重要工具。由于双星系统组件之间的引力相互作用,研究人员可以比观测单颗恒星更可靠、更准确地测量双星系统的质量、半径、温度和其他关键属性。这些测量对于检验我们关于恒星如何随时间演化的模型和理解至关重要(恒星如何随时间演化)。

这个双星系统的中心是一颗质量小于我们太阳的低质量恒星,一颗褐矮星围绕它运行。褐矮星有时被称为“失败的恒星”,因为它们的质量不足以成为恒星,但又太大而不能成为行星。“失败的恒星”这个称呼可能并不准确,因为天文学家仍在试图弄清楚褐矮星和恒星是否以相同的方式诞生。

这颗新发现的褐矮星质量约为木星的 80 倍,正处于可能成为恒星的质量临界点。特别是对它的研究,可以帮助天文学家揭示这些中间天体是如何形成的。Popinchalk 表示:“褐矮星的形成方式仍然存在许多疑问,而每一个褐矮星/低质量恒星双星系统都是解答这些问题的重要实验室。” ZTF J2020+5033 是一个如此巨大的褐矮星例子,总有一天,如果其伴星的物质转移到它上面,那份额外质量可能会将这颗褐矮星推入恒星的范畴——“就像一份宇宙礼物,一些质量传递给一位老朋友,帮助它跨过界线,进入名副其实的恒星类别,”Popinchalk 说道。

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此外,这个新双星系统紧密的轨道给研究人员带来了一个谜题。年轻的恒星体积更大——如此之大,以至于如果这些恒星不够老,它们就不可能如此近距离地绕转,甚至会相互接触。El-Badry 表示:“大多数已知的褐矮星都比较年轻且体积膨胀。所以这让我们能够测试关于褐矮星随着年龄增长如何冷却的模型。”它们年轻时的膨胀也意味着它们不可能一直保持在这个轨道上,而是轨道在它们的一生中以五倍的速度收缩。

研究人员提出,轨道收缩可能是由磁制动引起的,即恒星释放的高能粒子通过其磁场被约束,从而消耗恒星的能量。现有模型认为磁制动不适用于小恒星,但这里似乎它必须在起作用。如果小恒星的减速比之前预期的更大,这可能对其他类型的双星系统的演化产生重大影响——例如,包含中子星和低质量恒星的X射线双星,或者包含低质量恒星和白矮星致密双星

 

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Briley Lewis

撰稿人

Briley Lewis 博士(她/她)是一位自由撰稿的科学作家和天文学家。在 Twitter @briles_34 上关注她,或访问她的网站 www.briley-lewis.com。


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