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news.sciencenet.cn 2025/4/27 11:29
我国天文学家发现罕见的超钱德拉塞卡双星系统
近日，由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天文学家联合组成的国际研究团队，在国家重大科技基础设施郭守敬望远镜（LAMOST）光谱巡天数据中发现了一颗罕见的、与生俱来的超大质量白矮星-热亚矮星超钱德拉塞卡双星系统。该成果于北京时间4月22日发表于《中国科学：物理力学 天文学》（SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy），此项研究支持了白矮星双星演化末期可能存在新的演化路径，并为中子星形成通道提供了新的可能性。这对中子星、Ia型超新星等理论和观测研究都具有重大意义。
恒星走向死亡的具体过程，既是恒星物理领域中的关键课题，又对宇宙膨胀、引力波探测等诸多天体物理领域有着深远影响。在多数情形下，包含白矮星的双星系统在总质量超过钱德拉塞卡极限后，通常会以Ia型超新星的形式结束其演化历程，然而理论上还存在着其他可能性。
吸积致坍缩（Accretion-Induced Collapse, AIC）便是其中的一种演化路径，此路径下的双星演化结局并不会发生超新星爆炸，而是直接坍缩形成中子星，是中子星形成的重要途径之一。虽然截至目前尚未直接观测到AIC事件，但若能发现AIC前身星，则可以有力限定 AIC 出现的概率，并进一步理解双星演化终点所涉及的复杂物理过程。
在这项研究中，研究团队基于LAMOST的光谱数据以及通过望远镜获取计划（TAP）得到的帕洛玛天文台五米海尔望远镜观测数据和中国科学院国家天文台兴隆观测站2.16米望远镜等数据，结合其他开放观测数据库，成功证认了一颗极为罕见的、与生俱来的超大质量白矮星-热亚矮星超钱德拉塞卡双星系统——Lan11。
通过覆盖这个双星系统轨道周期的光谱和测光观测数据，研究团队得以描绘出这个恒星系统的具体模样：它由两颗恒星组成，我们接收到的光信号来自其中一颗被称为热亚矮星的演化晚期恒星，质量在0.52~0.65倍太阳质量之间。观测发现这颗恒星的形状并不是通常的球型，而呈现椭球形，暗示着它旁边隐藏着一个很难观测到的尺寸很小但质量很大的致密天体。精确的测量显示这个无法看到的天体质量在1.07~1.35倍太阳质量之间，半径应远远小于正常恒星。
这些信息都表明这个致密天体应该是一颗罕见的大质量白矮星，其核心很可能充满了氧和氖，通常被称为ONe白矮星。这个双星系统的总质量达到了1.67~1.92倍太阳质量，远超过钱德拉塞卡极限（大约1.4倍太阳质量）。这是利用光学手段观测到的质量最大的热亚矮星-白矮星系统。
科研人员理论推测，这个系统因不断释放引力波而将在5~5.4亿年以后合并。通常情况下，包含白矮星的双星系统如果总质量超过钱德拉塞卡极限，合并后会形成超新星爆发。但也有例外，如果这颗白矮星是一颗ONe白矮星，那么合并产生的能量会被电子俘获过程吸收，不能形成爆炸，而经由AIC事件直接坍缩形成一颗中子星。
进一步的理论研究揭示了这个双星系统的前世。理论预测，它早期包括一颗质量约5~8倍太阳质量的恒星，通过单星演化过程快速形成了一颗ONe白矮星，而不是通常看到的通过吸积伴星质量产生的。这也是目前看到的唯一一个与生俱来的ONe白矮星。之后通过共有包层演化，热亚矮星前身星的包层被剥离掉，裸露出炽热的核心，形成现在的热亚矮星。该领域国际知名专家Stephan Geier 在同期发表的评述文章中强调了发现这颗罕见的AIC形成中子星的前身星候选体的重要意义。
科研团队认为，此项研究是基于我国LAMOST巡天进行选源，再通过TAP计划获得国际大中型望远镜开展后续观测的一个典型案例。对稀有天体观测研究而言，LAMOST利用其海量光谱库进行初筛，再使用大中型精测望远镜进行证认的高效观测研究路径。它不仅体现了LAMOST巡天的大样本能力，也体现了大中型精测望远镜的不可替代性。
LAN11双星系统想象图（科研团队供图）
相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s11433-024-2630-x