夜空中閃耀的星也會“吸星大法”?

8月29日，記者從中科院國家天文臺獲悉，基于郭守敬望遠鏡(LAMOST)觀測數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一顆十分罕見的新型激變變星。該天體被命名為LAMOST J0140355+392651，其伴星正處于向極低質(zhì)量白矮星演化的過渡階段。此前，曾有理論預(yù)測這種過渡型激變變星的存在，但天文學(xué)界從未觀測到這種過渡型激變變星。

郭守敬望遠鏡成功捕獲的這顆罕見類型的激變變星證實了這種過渡型激變變星的存在;同時，為進一步認識激變變星的形成和演化歷史提供了實質(zhì)性的證據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《皇家天文學(xué)會月刊》。

白矮主星會“吸星大法”

所謂激變變星，是指一類具有雙重身份的天體，它既是雙星又是變星。激變變星對于研究諸多恒星物理的前沿問題都具有得天獨厚的優(yōu)勢。典型的激變變星的主星為白矮星，伴星通常是一顆晚型主序星，特殊情況下也可能是一顆演化中的巨星甚至是一顆白矮星。

“激變變星作為雙星系統(tǒng)，具有非常短的軌道周期，大部分周期時長都不超過10個小時;激變變星還擁有著變星的特質(zhì)，它的亮度會隨時間發(fā)生顯著的明暗變化。”中科院國家天文臺研究員趙永恒說。

有趣的是，在大多數(shù)激變變星中，白矮主星還會“吸星大法”，它與主序伴星之間存在持續(xù)地物質(zhì)轉(zhuǎn)移。“具體來說就是貪吃的主星不斷從更大質(zhì)量的伴星身上吸積吞并物質(zhì)，并在主星周圍形成吸積盤。”趙永恒解釋道。

那么，天文學(xué)家是如何搜尋這類天體的呢?

趙永恒說，作為雙星系統(tǒng)，激變變星在光譜上表現(xiàn)出顯著的發(fā)射特征;作為變星，激變變星在光度上有明顯的星等變化;這些獨特的性質(zhì)為搜尋這種特殊天體提供了有跡可循的觀測依據(jù)。

“迄今為止，研究人員通過光變、光譜特征和顏色來搜尋激變變星，激變變星樣本的發(fā)現(xiàn)來自各種不同的渠道，最直接有效的方法是利用激變變星尤其是矮新星的爆發(fā)特征來搜尋。”趙永恒說，郭守敬望遠鏡大規(guī)模光譜巡天項目為利用光譜特征來搜尋激變變星提供了優(yōu)越的資源。

研究人員基于郭守敬望遠鏡的光譜數(shù)據(jù)庫對激變變星進行了全面搜尋，先后共發(fā)現(xiàn)245顆激變變星，極大豐富了已有的激變變星樣本。

趙永恒表示，隨著越來越多的激變變星樣本被發(fā)現(xiàn)，其中一些極其稀有甚至只出現(xiàn)在理論預(yù)測中的激變變星成員也陸續(xù)被挖掘出來，這些劍走偏鋒的激變變星也在不斷刷新著天文學(xué)家對于此類天體的認知。

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)規(guī)律的特殊星

在激變變星的雙星系統(tǒng)中，會“吸星大法”的白矮主星不斷吸積伴星的物質(zhì)。在激變變星的演化過程中，這種持續(xù)的物質(zhì)交換起著至關(guān)重要的作用。

研究表明，對大多數(shù)軌道周期小于6小時的激變變星而言，其中伴星的質(zhì)量、半徑、溫度、光度和質(zhì)量損失率等屬性都與雙星系統(tǒng)的軌道周期存在一定的經(jīng)驗關(guān)系。

“這種經(jīng)驗關(guān)系可以說是研究短周期激變變星的指揮棒，我們可以通過光變曲線或者時序分光觀測獲取雙星的軌道周期，有了軌道周期，我們就可以通過這種經(jīng)驗關(guān)系推算出激變變星的其他屬性。”趙永恒說，事實也證明，伴星所擁有的這種經(jīng)驗性規(guī)律對于驗證和校準雙星質(zhì)量轉(zhuǎn)移模型非常有用。

但非常不幸的是，這種看似非常有用的伴星屬性與軌道周期之間的規(guī)律，被郭守敬望遠鏡新發(fā)現(xiàn)的這顆特殊的激變變星打破了。

“新發(fā)現(xiàn)的這顆不同尋常的激變變星，軌道周期為3.81小時，屬于短周期的激變變星范疇，但是其溫度、質(zhì)量與對應(yīng)雙星軌道周期的關(guān)系卻完全不符合傳統(tǒng)伴星的經(jīng)驗規(guī)律。”趙永恒說。

這使得天文學(xué)家不得不重新審視這顆特殊星的身份。

為了完全確定其軌道和相關(guān)屬性，研究團隊利用多個望遠鏡觀測數(shù)據(jù)進行分析,最終發(fā)現(xiàn)該新天體是一種罕見的、正處于演化過渡階段的激變變星，其伴星并不是主序星，而是一顆正在膨脹的恒星氦核。

基于雙星演化模型，研究人員推測，這顆激變變星的伴星開始向白矮主星進行質(zhì)量轉(zhuǎn)移時，就已經(jīng)結(jié)束了主序階段并經(jīng)歷了很明顯的演化過程。

此外，通過演化模型計算，研究人員預(yù)測此雙星的質(zhì)量轉(zhuǎn)移將很快結(jié)束，此后該伴星將演化成為一顆極低質(zhì)量的白矮星。“也就是說，這顆激變變星的伴星正處于一顆恒星氦核和極低質(zhì)量白矮星之間的過渡狀態(tài)。”趙永恒補充道。

趙永恒強調(diào)，此前理論上曾預(yù)測存在這類過渡型的激變變星，但其從未被觀測到，郭守敬望遠鏡憑借自身在搜尋稀有天體方面的優(yōu)勢首次觀測到了它的存在。(科技日報記者 陸成寬)

關(guān)鍵詞： 郭守敬望遠鏡 新型激變變星 白矮主星 天文學(xué)家