發(fā)現(xiàn)有史以來最緊密的超冷矮星雙星系統(tǒng) _矮星

這是一對(duì)已知最古老的超冷矮星的插圖，它們?nèi)绱司o密地相互繞著軌道運(yùn)行，它們繞著對(duì)方轉(zhuǎn)一圈不到一個(gè)地球日。Credit: Adam Burgasser/UC San Diego
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（by W. M. Keck Observatory）：西北大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校(UC San Diego)的天體物理學(xué)家利用Hawaiʻi島maunakea上的W. M. Keck天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了有史以來最緊密的超冷矮星雙星系統(tǒng) 。
這兩顆恒星如此之近，以至于它們繞對(duì)方旋轉(zhuǎn)一周不到一個(gè)地球日；每顆恒星的“一年”僅持續(xù)17個(gè)小時(shí) 。
這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)被命名為L(zhǎng)P 413-53AB，由一對(duì)超冷矮星組成，這是一類非常低質(zhì)量的恒星，它們非常冷，以至于它們主要在紅外波段發(fā)光，使它們對(duì)人眼完全不可見。然而，它們是宇宙中最常見的恒星類型之一。
此前，天文學(xué)家僅探測(cè)到三個(gè)短周期超冷矮星雙星系統(tǒng)，它們都相對(duì)年輕——最大4000萬歲。LP 413-53AB估計(jì)有幾十億歲了——與我們的太陽年齡相仿——但其軌道周期比迄今為止發(fā)現(xiàn)的所有超冷矮星雙星短約四倍。
這項(xiàng)研究已經(jīng)被《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》接受發(fā)表，并在arXiv.org上有預(yù)印本。
“發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)極端的系統(tǒng)是令人興奮的， ”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)天體物理學(xué)家許志春說。"原則上，我們知道這些系統(tǒng)應(yīng)該存在，但是還沒有發(fā)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)."
許是美國(guó)西北大學(xué)天體物理學(xué)跨學(xué)科探索與研究中心(CIERA)的物理學(xué)和天文學(xué)博士后研究員。他在加州大學(xué)圣地亞哥分校攻讀博士學(xué)位時(shí)開始了這項(xiàng)研究，在那里他得到了亞當(dāng)·伯格塞教授的指導(dǎo) 。
該團(tuán)隊(duì)在探索檔案數(shù)據(jù)時(shí)首次發(fā)現(xiàn)了奇怪的二進(jìn)制系統(tǒng) 。Hsu開發(fā)了一種算法，可以根據(jù)恒星的光譜數(shù)據(jù)為其建模。通過分析恒星發(fā)出的光譜，天體物理學(xué)家可以確定恒星的化學(xué)成分、溫度、重力和自轉(zhuǎn) 。這項(xiàng)分析還顯示了恒星靠近和遠(yuǎn)離觀測(cè)者時(shí)的運(yùn)動(dòng)，稱為徑向速度。
在檢查L(zhǎng)P 413-53AB的光譜數(shù)據(jù)時(shí) ， Hsu注意到了一些奇怪的事情。早期的觀測(cè)捕捉到了這個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)恒星大致對(duì)齊，它們的譜線重疊，這讓徐相信它只是一顆恒星。但是當(dāng)恒星在它們的軌道上運(yùn)行時(shí)，譜線向相反的方向移動(dòng) ，在后來的光譜數(shù)據(jù)中分裂成對(duì) 。Hsu意識(shí)到實(shí)際上有兩顆恒星被鎖定在一個(gè)非常緊密的雙星系統(tǒng)中。
利用凱克天文臺(tái)的近紅外攝譜儀(NIRSPEC)，徐決定親自觀察這一現(xiàn)象。2022年3月13日，研究小組將凱克II望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向雙星系統(tǒng)所在的金牛座，對(duì)其進(jìn)行了兩個(gè)小時(shí)的觀測(cè) 。然后，他們?cè)?022年7月、10月和12月以及2023年1月進(jìn)行了更多的觀察。
“當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們可以在幾分鐘的觀察中看到事情的變化，”Burgasser說。“我們跟蹤的大多數(shù)雙星的軌道周期是幾年。所以，你每隔幾個(gè)月就要測(cè)量一次。然后，過一會(huì)兒，你就可以把拼圖拼起來了。有了這個(gè)系統(tǒng) ，我們可以看到譜線實(shí)時(shí)分離。在人類的時(shí)間尺度上看到宇宙中發(fā)生的事情是很神奇的。”
觀察結(jié)果證實(shí)了許的模型預(yù)測(cè) 。兩顆恒星之間的距離大約是地球和太陽之間距離的1% 。
“這是非凡的，因?yàn)楫?dāng)它們年輕時(shí)，大約100萬年，這些恒星幾乎是相互重疊的，”Burgasser說。
研究小組推測(cè)，這些恒星要么在進(jìn)化過程中相互遷移，要么在第三個(gè)恒星成員(現(xiàn)已消失)被驅(qū)逐后聚集在一起。需要更多的觀察來檢驗(yàn)這些想法。
Hsu還說，通過研究類似的恒星系統(tǒng)，研究人員可以更多地了解地球以外潛在的宜居行星。超冷矮星比太陽暗得多，因此任何表面有液態(tài)水的世界——形成和維持生命的關(guān)鍵成分——都需要離恒星更近。然而，對(duì)于LP 413-53AB來說，可居住帶距離恰好非常接近恒星軌道的大小，因此很可能無法在該系統(tǒng)中形成可居住的行星。
“這些超冷矮星是我們太陽的鄰居， ”徐說。“為了識(shí)別潛在的可居住宿主，從我們附近的鄰居開始是有幫助的。但是，如果在超冷矮星中緊密雙星很常見，那么可能很難找到可居住的世界。”
為了充分探索這些場(chǎng)景，Hsu ， Burgasser和他們的合作者希望查明更多的短周期超冷矮星雙星系統(tǒng) ，以創(chuàng)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)樣本。新的觀測(cè)數(shù)據(jù)有助于加強(qiáng)雙星形成和演化的理論模型。然而，直到現(xiàn)在，尋找超冷雙星仍然是一個(gè)罕見的壯舉。
“這些系統(tǒng)很罕見，”合著者克里斯·泰森說，他是加州大學(xué)圣地亞哥分校的博士后研究員。“但我們不知道它們是否罕見，是因?yàn)樗鼈兒苌俅嬖冢€是因?yàn)槲覀冎皇菦]有發(fā)現(xiàn)它們。這是一個(gè)開放式的問題。現(xiàn)在我們有了一個(gè)可以開始構(gòu)建的數(shù)據(jù)點(diǎn) 。這些數(shù)據(jù)已經(jīng)在檔案中存放了很長(zhǎng)時(shí)間。迪諾的工具將使我們能夠?qū)ふ腋噙@樣的二進(jìn)制文件。”