两面白矮星让天文学家感到困惑 – 物理世界

两面白矮星让天文学家感到困惑 – 物理世界

时间戳：19年2023月11日上午00:XNUMX

这位艺术家对这颗双面白矮星的印象显示，这颗恒星是一个发光的蓝白色球体，其一侧比另一侧更暗且看起来更颗粒状
氢和氦：艺术家对两面白矮星的想象。 （由加州理工学院 K Miller/IPAC 提供）

一颗快速旋转的白矮星包含两个相对的半球——一个被氢覆盖，另一个被氦覆盖——让天文学家们摸不着头脑，不明白它是如何变成这样的。 这颗星被昵称为“雅努斯”，以罗马两面过渡之神命名，是由 Zwicky临时设施 美国帕洛玛天文台（ZTF）的一个可能的解释是，它是两颗白矮星合并产生的强大但不平衡磁场的结果。

白矮星是类太阳恒星的残余物，这些恒星已经停止了内部的核反应，膨胀了外层，并经历了残余核心的引力收缩。 由此产生的物体大约有地球那么大，但质量却相当于一颗恒星。

尽管白矮星出生时很热，但随着年龄的增长，它们会逐渐变冷。 这种冷却会影响它们的结构。 当温度高于 35,000 K 时，它们的表面会被一层氢覆盖，而氢层又包裹着一层氦。 一旦表面温度冷却到 35,000–25,000 K（确切的温度​​取决于恒星的质量），氦层就开始对流。 如果上层氢层足够薄，它可以消散在翻滚的氦气中。

大约 40% 的白矮星已经从氢为主转变为氦为主。 然而，由于这种转变通常在几秒钟内发生，所以没有人见过它发生——也许直到现在。

陷入转型？

官方命名为ZTF J203349.8+322901.1（数字是它在天空中的赤经和赤纬坐标），距离我们超过1300光年，这颗杰纳斯白矮星引起了加州理工学院天体物理学家的注意 伊拉里亚·卡亚佐 因为它的亮度变化很快。 帕洛玛和其他设施的额外观测表明，这颗恒星每 15 分钟完成一次自转，在此期间，其亮度变化范围从当其被氢覆盖的表面指向地球时的最大值到当我们看到相反的半球被氦覆盖时的最小值。

问题是，为什么？ “我们可能最终捕获了一颗正在转变的白矮星，”卡亚佐说 物理世界。 事实上，根据卡亚佐组建的调查小组的调查结果，杰纳斯似乎陷入了转型。 在它的一个半球上，氦对流似乎消耗了氢气，但神秘的是，在另一个半球上似乎没有发生同样的情况。 写在 自然, 研究小组认为，与白矮星中心的足够强的磁场偏移可能会抑制一个半球上的氦对流，而不是另一个半球上的氦对流，但这种解释是暂时的。 可以说，以前没有人见过两半的白矮星。

“没有模型可以预测这一点，”团队成员说 皮尔·伊曼纽尔·特雷布莱，英国华威大学的天文学家。 “在天体物理学中，当某些东西出现混乱并需要进行微调时，人们经常会调用磁场，这就是一个完美的例子。”

大约 20% 的白矮星具有磁性，有些白矮星的磁场强度高达 1 亿高斯。 相比之下，地球的磁场为半高斯，而太阳表面的磁场强度约为一高斯。 对于 Janus，该团队估计磁场必须为 1000-1 万高斯。 任何强度，都会扭曲恒星的光谱线。

“对于雅努斯来说，我们假设存在磁场，因为否则很难解释两个面上的不同成分，”卡亚佐说。 然而，她补充道，“我们仍然不知道为什么只有一些白矮星具有磁性，以及磁场强度的巨大差异从何而来。”

白矮星合并？

杰纳斯强大且不平衡的磁场、快速的自转速度、高质量（1.20 到 1.27 个太阳质量之间）以及它的两面组成都表明它是一颗相当引人注目的白矮星。 对于特伦布莱来说，这表明可能还有其他因素在起作用。 “除了磁场之外，这颗白矮星一定还有一些特别的东西，”他说。

特伦布莱推测，剑锋可能是通过两颗白矮星的合并而形成的——这一事件可能会产生内部磁发电机。 “快速旋转、磁场产生和不对称，它们都指向双星演化和合并，”他说。

特伦布莱也对磁场是偏移偶极子持怀疑态度。 白矮星的内部磁场结构尚不清楚，在他看来，调用偏移偶极子可以隐藏更高阶的磁场几何结构。

“在我看来，这意味着磁场可能不是偶极的，”特伦布莱说。 “相反，它可能是一个四极，例如有四个极点。 这并不一定意味着磁场偏离了中心。”

对距离测量的影响

当白矮星作为 Ia 型超新星爆炸时，其众所周知的亮度使天文学家能够将它们视为标准蜡烛——这是测量宇宙距离和宇宙膨胀率的重要工具。 然而，天文学家仍然不确定当单个白矮星从伴星吸积过多物质并爆炸时会产生多少 Ia 型超新星，以及由于两颗白矮星合并而发生多少 Ia 型超新星，合并后超过 1.44 个太阳质量的钱德拉塞卡质量极限并爆炸。

如果雅努斯确实是两颗较小的白矮星合并的产物，那么找到更多半过渡白矮星的例子将使天文学家能够限制此类系统的数量以及它们对 Ia 型超新星数量的贡献程度。

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