清華大學(xué)物理系教授王曉鋒課題組與合作者利用清華大學(xué)—馬化騰巡天望遠(yuǎn)鏡（TMTS）發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球約2760光年、軌道周期僅為20.5分鐘的致密雙星系統(tǒng)（即TMTS J0526），并解密了其物理起源。
2月9日，該成果以《20.5分鐘分離雙星中七倍地球半徑的氦燃燒星》為題在線發(fā)表于《自然—天文學(xué)》。
該雙星系統(tǒng)由一顆質(zhì)量為0.74倍太陽(yáng)質(zhì)量的碳氧白矮星與一顆質(zhì)量約為太陽(yáng)0.33倍的熱亞矮星組成。該熱亞矮星的半徑僅有地球的7倍左右，代表了人類(lèi)目前發(fā)現(xiàn)的體積最小的恒星。
這樣一對(duì)極短軌道周期的雙星能夠在毫赫茲頻段產(chǎn)生強(qiáng)的引力波輻射，有望被未來(lái)的空間引力波天文臺(tái)如LISA、天琴以及太極顯著探測(cè)到。
需要特別指出的是，該雙星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和研究首次驗(yàn)證了通過(guò)二次共有包層拋射演化形成低質(zhì)量熱亞矮星的理論通道（由中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)韓占文院士團(tuán)隊(duì)于2003年提出）。
基于對(duì)熱亞矮星形成通道的詳細(xì)星族合成的研究，理論預(yù)言通過(guò)二次共有包層拋射通道形成的熱亞矮星中，應(yīng)該存在少部分質(zhì)量低至0.32-0.36倍太陽(yáng)質(zhì)量的亞類(lèi)。這些低質(zhì)量的熱亞矮星通過(guò)點(diǎn)燃非簡(jiǎn)并氦核形成，它們與被廣泛認(rèn)知的通過(guò)氦閃點(diǎn)燃簡(jiǎn)并氦核形成的熱亞矮星（約0.45倍太陽(yáng)質(zhì)量）具有截然不同的質(zhì)量分布。在經(jīng)歷第二次共有包層的物質(zhì)拋射后，這些包含一顆白矮星的熱亞矮星雙星系統(tǒng)，通過(guò)引力波輻射可演化形成軌道周期短至20分鐘的極短周期雙星系統(tǒng)。但在TMTS巡天觀測(cè)發(fā)現(xiàn)之前，國(guó)際上并未觀測(cè)到完全符合上述觀測(cè)性質(zhì)的白矮星—熱亞矮星雙星系統(tǒng)。
TMTS觀測(cè)系統(tǒng)是王曉鋒團(tuán)隊(duì)在馬化騰基金以及清華大學(xué)支持下，建成的一架獨(dú)特設(shè)計(jì)的多鏡筒光學(xué)巡天設(shè)備。自2020年正式運(yùn)行以來(lái)，該系統(tǒng)以1分鐘的觀測(cè)頻率凝視北半球的宇宙星空。截至2023年底，TMTS累計(jì)獲得了超過(guò)2700萬(wàn)顆恒星的密集采樣光變數(shù)據(jù)，包含大量高價(jià)值的短周期變?cè)矗琓MTS J0526便是其中光變周期最短的系統(tǒng)之一。
在發(fā)現(xiàn)該源之后，團(tuán)隊(duì)利用位于美國(guó)夏威夷的10米口徑Keck望遠(yuǎn)鏡和位于西班牙拉帕爾瑪島的10.4米口徑GTC望遠(yuǎn)鏡對(duì)該源進(jìn)行了高時(shí)間分辨的連續(xù)光譜觀測(cè)，并且使用麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行時(shí)序測(cè)光觀測(cè)。
結(jié)合高頻采樣觀測(cè)得到的光變曲線以及光譜視向速度變化，研究團(tuán)隊(duì)分析得出，TMTS J0526是一顆軌道周期僅有20.5分鐘的橢變雙星，其中更大、更亮的子星（即可見(jiàn)星）在另一顆更加致密白矮星（不可見(jiàn)星）的潮汐引力作用下發(fā)生形變。
藝術(shù)家繪制的TMTS J0526雙星系統(tǒng)（北京天文館 喻京川）。圖中較大的那顆是熱亞矮星，遠(yuǎn)處較小的那顆是其白矮星伴星。課題組供圖
通過(guò)分析亮度、表面引力、有效溫度及質(zhì)量半徑關(guān)系表明可見(jiàn)星是一顆低質(zhì)量、薄包層的熱亞矮星。該雙星系統(tǒng)包含的低質(zhì)量熱亞矮星、白矮星伴星以及極短的軌道周期均與二次共有包層拋射通道形成低質(zhì)量熱亞矮星（雙星）的理論預(yù)言相符合。
這是TMTS項(xiàng)目繼發(fā)現(xiàn)18.9分鐘藍(lán)色大振幅脈動(dòng)變星之后，研究成果第二次發(fā)表在該期刊。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-023-02188-2
本文鏈接：迄今最小恒星，半徑僅約地球7倍http://www.lensthegame.com/show-11-2937-0.html
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