許多恒星在生命的末期會(huì )膨脹成一顆紅巨星，比如我們的太陽(yáng)就是這樣，在成為紅巨星之后，它們最終演化成致密的白矮星。白矮星的質(zhì)量和太陽(yáng)相當，但大小卻只與地球差不多。
類(lèi)似地，如果是一個(gè)雙星系統，在它們的演化末期也會(huì )成為相互旋繞的白矮星雙星。兩顆靠得非常近的白矮星是非常強的引力波輻射源，雖然天文學(xué)家預計這樣的系統有很多，但到目前為止，這種系統仍非常難以捉摸。
為了捕捉任何移動(dòng)、閃爍或亮度發(fā)生了變化的天體，加州理工學(xué)院的茲威基瞬變設施（ZTF）在每個(gè)夜晚都會(huì )快速地掃描銀河系的大部分區域。ZTF是帕洛馬天文臺的一項非常先進(jìn)的巡天技術(shù)，它有一個(gè)5.76億像素的大相機，每三個(gè)晚上就能對整個(gè)天空進(jìn)行一次掃描。
在分析了ZTF的一小部分數據后，天文學(xué)家在距離地球約8000光年之外發(fā)現了一個(gè)閃爍的光點(diǎn)。結果發(fā)現，這個(gè)光點(diǎn)非常不簡(jiǎn)單，它其實(shí)是一對相互環(huán)繞的白矮星系統，官方名稱(chēng)為ZTF J1539+5027。這是迄今為止發(fā)現的繞行速度最快的“食雙星系統”，這意味著(zhù)從我們的角度來(lái)看，其中一顆白矮星會(huì )不斷地從另一顆白矮星前面穿過(guò)。通過(guò)分析觀(guān)測到的數據，天文學(xué)家可以計算出它們的大小、質(zhì)量和軌道周期。
○ ZTF發(fā)現了一對非比尋常的白矮星，名為ZTF J1530+5027，它們大約每6.91分鐘就會(huì )相互環(huán)繞一次。較小的那顆白矮星要比地球大一點(diǎn)，質(zhì)量是太陽(yáng)的60%。它的伴星要更大，但質(zhì)量更小，只有太陽(yáng)的25%。由于會(huì )釋放出引力波，它們的軌道間距每天會(huì )收縮26厘米。| 圖片來(lái)源：Caltech/IPAC
在夜空中，這對已死亡的雙星系統非常突出，因為它們的信號經(jīng)常重復，而且是以一種可預測的方式重復。過(guò)去，人們還無(wú)法系統地搜索每分鐘都在變化的天體。但ZTF那足夠大的相機讓我們終于得以做到這一點(diǎn)。
這兩顆新發(fā)現的白矮星都和地球差不多大，其中一顆略小于另一顆，小的那顆也比另一顆更亮一些，它們加在一起的質(zhì)量與太陽(yáng)相當。這兩個(gè)天體的軌道非常接近，只有地月球距離的1/5。我們甚至可以將這兩顆繞軌道運行的恒星“塞進(jìn)”土星內。它們以每秒數百公里的速度，每6.91分鐘相互環(huán)繞一次。
研究人員將這一發(fā)現發(fā)表在了7月25日的《自然》雜志上，論文的第一作者Kevin Burdge說(shuō)：“當較暗的那顆恒星在更明亮的那顆星前經(jīng)過(guò)時(shí)，它會(huì )阻擋大部分的光線(xiàn)，在ZTF的數據中形成了7分鐘的閃爍模式。物質(zhì)正準備從更大、更輕的那顆白矮星上溢到更小、更重的那顆白矮星上，最終，后者會(huì )將更輕的那顆伴星吞并。我們已經(jīng)看到過(guò)許多白矮星被它的同伴吞食掉的例子，但是我們很少能捕捉到像這個(gè)這樣還處于合并過(guò)程中的系統?！?/span>
○ 這對”食雙星“每6.91分鐘繞對方一周：當較大、較冷的白矮星從較小、較熱的白矮星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，較小的那顆白矮星的光會(huì )被擋住。對觀(guān)測這一系統的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，這對恒星在日食階段會(huì )消失大約30秒。| 圖片來(lái)源：Caltech/IPAC
更妙的是，由于ZTF J1539+5027會(huì )釋放出引力波，所以?xún)深w白矮星會(huì )越來(lái)越靠近，相互環(huán)繞的速度也會(huì )越來(lái)越快。它們的軌道是如此緊密，以至于軌道周期預計在短短幾年后就會(huì )明顯縮短。Burdge的團隊通過(guò)將他們的新結果與過(guò)去10年獲得的數據進(jìn)行比較，證實(shí)了廣義相對論對縮小軌道的預測。
當太空激光干涉儀（LISA）在2034年發(fā)射升空后，就能夠探測到雙白矮星合并輻射出的引力波。屆時(shí)。LISA所扮演的角色將與LIGO（激光干涉引力波天文臺）類(lèi)似。2015年，LIGO首次直接探測到了一對相互碰撞的黑洞產(chǎn)生的引力波，改寫(xiě)了引力波探測的歷史。而LISA將會(huì )在較低的頻率探測引力波。
物理學(xué)教授Tom Prince是這篇論文的一名合著(zhù)者，他說(shuō)：“這兩顆白矮星正在合并，因為它們正在發(fā)射引力波。在LISA啟動(dòng)后的一周內，它就能接收到來(lái)自這個(gè)雙星系統的引力波。到時(shí)候，LISA將會(huì )在我們的星系中發(fā)現成千上萬(wàn)個(gè)像這樣的雙星系統，但是到目前為止我們知道的只有幾個(gè)。而新發(fā)現的這個(gè)雙星系統是迄今為止最具特色的一個(gè)，因為它具有日食性質(zhì)?！?/span>
有時(shí)候，這些雙星白矮星會(huì )合并成一顆恒星，而有時(shí)當較輕的白矮星逐漸被較重的白矮星撕碎時(shí)，它們的軌道會(huì )變得更寬。論文的作者之一James Fuller說(shuō)：“我們不確定在這種情況下會(huì )發(fā)生些什么，但發(fā)現更多這樣的系統將能告訴我們，這些恒星在近距離碰撞中能存活下來(lái)的頻率?！?/span>
研究人員希望未來(lái)能夠解答的另一個(gè)謎題是有關(guān)白矮星的溫度之謎，據估計，溫度更高的那顆白矮星的溫度約為5萬(wàn)攝氏度，是太陽(yáng)的9倍。之所以推測這顆白矮星如此炙熱，是因為它已經(jīng)開(kāi)始從伴星身上“吞食物質(zhì)”，這是一個(gè)會(huì )把物質(zhì)加熱到極高溫度的過(guò)程，這種“吸積”過(guò)程通常與X射線(xiàn)有關(guān)，可研究人員并沒(méi)有發(fā)現任何X射線(xiàn)的蹤跡。
Burdge說(shuō)：“奇怪的是，我們并沒(méi)有在這個(gè)系統中看到X射線(xiàn)。一種可能性是白矮星上的吸積點(diǎn)（物質(zhì)墜落的區域）比通常情況下的更大，這就有可能導致發(fā)射出的是紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光，而不是X射線(xiàn)?！?/span>
當你抬頭仰望星空的時(shí)候，如果你恰巧朝著(zhù)牧夫座的方向看，不要忘了，那里有一個(gè)閃爍的光點(diǎn)，那是兩顆死亡雙星在共舞。
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