近日，由中國科學(xué)院國家天文臺、中國科學(xué)院大學(xué)、云南天文臺、西華師范大學(xué)的科研人員以及匈牙利天文學(xué)家聯(lián)合組成的國際研究團隊，在國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠鏡（LAMOST）光譜巡天數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一顆罕見的、與生俱來的超大質(zhì)量白矮星-熱亞矮星超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)。該成果于北京時間4月22日發(fā)表于《中國科學(xué)：物理力學(xué) 天文學(xué)》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy），此項研究支持了白矮星雙星演化末期可能存在新的演化路徑，并為中子星形成通道提供了新的可能性。這對中子星、Ia型超新星等理論和觀測研究都具有重大意義。
恒星走向死亡的具體過程，既是恒星物理領(lǐng)域中的關(guān)鍵課題，又對宇宙膨脹、引力波探測等諸多天體物理領(lǐng)域有著深遠影響。在多數(shù)情形下，包含白矮星的雙星系統(tǒng)在總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限后，通常會以Ia型超新星的形式結(jié)束其演化歷程，然而理論上還存在著其他可能性。
吸積致坍縮（Accretion-Induced Collapse, AIC）便是其中的一種演化路徑，此路徑下的雙星演化結(jié)局并不會發(fā)生超新星爆炸，而是直接坍縮形成中子星，是中子星形成的重要途徑之一。雖然截至目前尚未直接觀測到AIC事件，但若能發(fā)現(xiàn)AIC前身星，則可以有力限定 AIC 出現(xiàn)的概率，并進一步理解雙星演化終點所涉及的復(fù)雜物理過程。
在這項研究中，研究團隊基于LAMOST的光譜數(shù)據(jù)以及通過望遠鏡獲取計劃（TAP）得到的帕洛瑪天文臺五米海爾望遠鏡觀測數(shù)據(jù)和中國科學(xué)院國家天文臺興隆觀測站2.16米望遠鏡等數(shù)據(jù)，結(jié)合其他開放觀測數(shù)據(jù)庫，成功證認(rèn)了一顆極為罕見的、與生俱來的超大質(zhì)量白矮星-熱亞矮星超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)——Lan11。
通過覆蓋這個雙星系統(tǒng)軌道周期的光譜和測光觀測數(shù)據(jù)，研究團隊得以描繪出這個恒星系統(tǒng)的具體模樣：它由兩顆恒星組成，我們接收到的光信號來自其中一顆被稱為熱亞矮星的演化晚期恒星，質(zhì)量在0.52~0.65倍太陽質(zhì)量之間。觀測發(fā)現(xiàn)這顆恒星的形狀并不是通常的球型，而呈現(xiàn)橢球形，暗示著它旁邊隱藏著一個很難觀測到的尺寸很小但質(zhì)量很大的致密天體。精確的測量顯示這個無法看到的天體質(zhì)量在1.07~1.35倍太陽質(zhì)量之間，半徑應(yīng)遠遠小于正常恒星。
這些信息都表明這個致密天體應(yīng)該是一顆罕見的大質(zhì)量白矮星，其核心很可能充滿了氧和氖，通常被稱為ONe白矮星。這個雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量達到了1.67~1.92倍太陽質(zhì)量，遠超過錢德拉塞卡極限（大約1.4倍太陽質(zhì)量）。這是利用光學(xué)手段觀測到的質(zhì)量最大的熱亞矮星-白矮星系統(tǒng)。
科研人員理論推測，這個系統(tǒng)因不斷釋放引力波而將在5~5.4億年以后合并。通常情況下，包含白矮星的雙星系統(tǒng)如果總質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限，合并后會形成超新星爆發(fā)。但也有例外，如果這顆白矮星是一顆ONe白矮星，那么合并產(chǎn)生的能量會被電子俘獲過程吸收，不能形成爆炸，而經(jīng)由AIC事件直接坍縮形成一顆中子星。
進一步的理論研究揭示了這個雙星系統(tǒng)的前世。理論預(yù)測，它早期包括一顆質(zhì)量約5~8倍太陽質(zhì)量的恒星，通過單星演化過程快速形成了一顆ONe白矮星，而不是通常看到的通過吸積伴星質(zhì)量產(chǎn)生的。這也是目前看到的唯一一個與生俱來的ONe白矮星。之后通過共有包層演化，熱亞矮星前身星的包層被剝離掉，裸露出熾熱的核心，形成現(xiàn)在的熱亞矮星。該領(lǐng)域國際知名專家Stephan Geier 在同期發(fā)表的評述文章中強調(diào)了發(fā)現(xiàn)這顆罕見的AIC形成中子星的前身星候選體的重要意義。
科研團隊認(rèn)為，此項研究是基于我國LAMOST巡天進行選源，再通過TAP計劃獲得國際大中型望遠鏡開展后續(xù)觀測的一個典型案例。對稀有天體觀測研究而言，LAMOST利用其海量光譜庫進行初篩，再使用大中型精測望遠鏡進行證認(rèn)的高效觀測研究路徑。它不僅體現(xiàn)了LAMOST巡天的大樣本能力，也體現(xiàn)了大中型精測望遠鏡的不可替代性。
LAN11雙星系統(tǒng)想象圖（科研團隊供圖）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1007/s11433-024-2630-x
本文鏈接：我國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)罕見的超錢德拉塞卡雙星系統(tǒng)http://m.sq15.cn/show-11-20477-0.html
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