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宇宙中“双黄蛋”的“蛋清”如何演化?天文学家首次发现直接证据

宇宙中“双黄蛋”的“蛋清”如何演化?天文学家首次发现直接证据

2022-07-07 12:06:20
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宇宙中“双黄蛋”的“蛋清”如何演化?天文学家首次发现直接证据

中国科学院云南天文台韩占文院士(右三)团队代表在发布会上合影。 中新社记者 孙自法 摄

中新网北京7月7日电 (记者 孙自法)被天文学家形象称为宇宙中“双黄蛋”的双星系统,其“蛋清”即共有包层如何演化?这一已提出近半个世纪的天文学谜题,最近被中国和澳大利亚的天文学家携手揭秘,他们合作发现一个刚刚完成共有包层抛射的双星系统,被抛射的共有包层正以大约每秒200公里的速度离开双星系统。

这是科学家首次通过观测发现双星共有包层演化这一关键过程的直接证据——被双星抛向太空的膨胀的共有包层。这项重要发现将开启学界通过天文观测精确刻画双星共有包层演化过程研究,开辟天文学一个重要研究方向。

双星系统物质交流示意图。 中科院云南天文台 供图

双星系统物质交流示意图。 中科院云南天文台 供图

天文领域此项重大发现及研究成果由中国科学院云南天文台韩占文院士团队、澳大利亚国立大学克里斯·沃尔夫(Chris Wolf)团队合作完成,北京时间7月7日凌晨,该成果论文在国际专业学术期刊英国《皇家天文学会月刊》(MNRAS)在线发表。

论文发表前夕,韩占文院士团队在北京中科院国家天文台举行专题新闻发布会,科普解读双星系统演化最新成果。

双星系统共有包层演化示意图。 中科院云南天文台 供图

双星系统共有包层演化示意图。 中科院云南天文台 供图

论文共同作者、中科院云南天文台副台长陈雪飞研究员介绍说,天空中绝大多数发光的天体都是恒星,恒星中大约一半位于双星系统,它们在引力的作用下相互绕转。双星演化会改变恒星既有的演化命运,解释恒星世界的绝大部分谜团,会形成双黑洞、双中子星等在现代天文学研究中占有重要地位的天体。

她指出,双星演化有一个至关重要的过程被称为双星共有包层演化:双星中的一颗恒星由于物质损失剧烈膨胀,将另一颗恒星包裹在外包层内,形成一个共有包层。恒星的既有演化路径被打断,随后的演化命运由共有包层演化过程决定,共有包层有可能被抛射,形成短周期双星,或者两颗恒星并合成一颗恒星。

中澳天文学家合作观测到完成共有包层抛射的双星系统的艺术想象图。 喻京川 绘图 摄

中澳天文学家合作观测到完成共有包层抛射的双星系统的艺术想象图。 喻京川 绘图 

论文第一作者、中科院云南天文台李江丹博士称,合作团队通过澳大利亚国立大学2.3米宽视场望远镜和开普勒卫星等观测数据,在南半球发现一个距离地球2.3万光年、编号J1920的密近(相互绕转轨道周期相对较短)热亚矮星双星系统,该双星之间的距离越来越近,它们的周围有一个正在膨胀的壳层,以大约每秒200公里的速度离开双星。

她说,这个膨胀的壳层被证明是大约1万年前被J1920双星系统抛射的共有包层。其双星持续的轨道收缩表明,共有包层残余物质和双星的轨道运动摩擦会带走轨道角动量,这是除磁滞效应、引力波辐射和质量损失之外的一种新的角动量损失机制。

双星共有包层演化数值模拟。 中科院云南天文台 供图

双星共有包层演化数值模拟。 中科院云南天文台 供图

双星共有包层演化过程由波兰科学家玻丹·帕琴斯基(B. Paczynski)于1976年提出,近半个世纪以来一直没有被真正观测到。科学家们此前很难知道双星共有包层演化阶段真实发生了什么,因此也一直备受关注。

距离地球2.3万光年、编号J1920的密近(相互绕转轨道周期相对较短)热亚矮星双星系统示意图。 中科院云南天文台 供图

距离地球2.3万光年、编号J1920的密近(相互绕转轨道周期相对较短)热亚矮星双星系统示意图。 中科院云南天文台 供图

论文通讯作者韩占文院士表示,中澳天文学家这项双星系统新发现的重要意义,在于把一个理论设想变成现实。科学家们不仅在观测上首次看到双星共有包层演化的证据,还可以通过观测来精确刻画这一关键过程。这是本领域一个里程碑的发现,在此之前,科学家们只能大致形象地描述该过程,不能精确数值模拟,也没有直接观测证据。(完)


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