近日,中国科学家领导的一个国际团队在天文领域取得了重大突破。他们在中国的大科学装置——郭守敬望远镜(LAMOST)的光谱巡天数据中,发现了一颗极为罕见的双星系统LAN11,这是一颗超钱德拉塞卡质量的白矮星与热亚矮星的组合。
这一发现对于理解白矮星双星系统的演化过程具有重要意义。在多数情况下,当白矮星双星系统的总质量超过钱德拉塞卡极限时,它们通常会以Ia型超新星的形式结束演化。然而,理论上还存在其他可能的演化路径,比如吸积致坍缩(AIC),这种路径下双星系统的演化结局是直接坍缩形成中子星,而不是发生超新星爆炸。
尽管迄今为止科学家们尚未直接观测到AIC事件,但LAN11的发现为这一理论提供了重要支持。研究团队利用郭守敬望远镜的光谱数据,以及来自帕洛玛天文台5米海尔望远镜和中国科学院国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜的观测数据,结合其他开放观测数据库,成功确认了这一罕见的双星系统。
LAN11双星系统由两颗恒星组成,其中一颗是热亚矮星,其质量在0.52至0.65倍太阳质量之间。观测发现,这颗恒星的形状并非球形,而是椭球形,这暗示其旁边隐藏着一个难以观测到的致密天体。通过精确测量,研究团队发现这个无法直接看到的天体质量在1.07至1.35倍太阳质量之间,半径远小于正常恒星,很可能是一颗充满氧和氖的大质量白矮星。
这个双星系统的总质量达到了1.67至1.92倍太阳质量,远远超过了钱德拉塞卡极限(大约1.4倍太阳质量)。理论推测,该系统将在5至5.4亿年后因释放引力波而合并。如果这颗白矮星是一颗氧氖白矮星,那么合并产生的能量将被电子俘获过程吸收,无法形成爆炸,而是直接通过AIC事件坍缩形成中子星。
LAN11双星系统的发现不仅为白矮星双星系统的演化提供了新的观测证据,也为中子星和Ia型超新星的理论和观测研究带来了重大突破。进一步的理论研究表明,这个双星系统的前世可能包括一颗质量约5至8倍太阳质量的恒星,通过单星演化过程快速形成了一颗氧氖白矮星。这也是目前唯一一个被观测到的大质量特性源自本身演化而非吸积过程的白矮星。
国际知名天文学家斯蒂芬·盖尔对这一发现给予了高度评价,认为它深刻揭示了天体物理学重大问题的突破方向不仅局限于遥远宇宙,太阳邻近天体同样可能蕴藏着颠覆性发现。这一发现也为后续在太阳周边开展细致天体研究提供了重要启示。
此次研究是中国科学院国家天文台、中国科学院大学、云南天文台、西华师范大学的科研人员以及匈牙利同行联合组成的国际研究团队共同完成的。他们利用郭守敬望远镜的海量光谱库进行初筛,再结合大中型精测望远镜进行证认,展示了一条对稀有天体搜寻研究的高效观测路径。这一方法不仅体现了郭守敬望远镜巡天的大样本能力,也凸显了大中型精测望远镜的不可替代性。