銀河系之中，遍布著大小各異、顏色不同的恒星。在這些恒星中，有的像太陽一樣 " 孤獨(dú) "，有的成雙成對(duì)相互旋繞，有的系統(tǒng)甚至包含兩顆以上的恒星。

在一項(xiàng)最新研究中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)罕見的雙星系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)有著極短的軌道周期，它的兩顆恒星彼此環(huán)繞一周的時(shí)長(zhǎng)僅為 51 分鐘！研究人員將這一罕見的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了近期的《自然》雜志上。

在十幾億顆恒星中搜尋

新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)系統(tǒng)被研究團(tuán)隊(duì)記為ZTF J1813+4251，它是由茲維基瞬變探測(cè)器（ZTF）觀測(cè)到的。ZTF 是一項(xiàng)巡天項(xiàng)目，它用裝載在加州帕洛瑪天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡上的相機(jī)，對(duì)廣闊的天空進(jìn)行高分辨率拍攝。現(xiàn)在，ZTF 已為超過 10 億顆恒星拍攝了海量照片，并記錄了這些恒星在幾天、幾個(gè)月、甚至幾年內(nèi)的亮度變化。

研究人員對(duì)海量的恒星數(shù)據(jù)進(jìn)行了梳理，他們想要尋找那些具有超短軌道的系統(tǒng)的信號(hào)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)可能有著非常極端的動(dòng)力學(xué)，應(yīng)該能發(fā)出劇烈的光暴。

研究人員將注意力放在那些反復(fù)閃爍、周期小于一小時(shí)的恒星上。這樣的頻率通常表示在這個(gè)系統(tǒng)中，至少存在兩個(gè)天體彼此緊密環(huán)繞，且其中一個(gè)天體頻繁地經(jīng)過另一個(gè)，從而短暫地遮蔽其光芒。

然而，這樣的搜尋并非易事，研究人員需要在超過 10 億顆恒星中進(jìn)行篩選。因此，他們使用了一種算法來幫助完成這項(xiàng)任務(wù)。算法篩選出了大約 100 萬顆每小時(shí)閃爍一次的恒星。接著，從這些信號(hào)中，研究人員通過用肉眼判斷，來尋找那些特別感興趣的信號(hào)。

最終，他們鎖定了 ZTF J1813+4251！這是一個(gè)位于武仙座的雙星系統(tǒng)，距離地球約 3000 光年之遠(yuǎn)。

超短軌道的雙星系統(tǒng)

研究人員利用夏威夷的凱克天文臺(tái)和西班牙的加那利大型望遠(yuǎn)鏡，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步研究。

他們捕捉到了 ZTF J1813+4251 中的兩顆恒星的多次相互重疊的場(chǎng)景，這使他們能夠精確測(cè)量這個(gè)系統(tǒng)中的每顆恒星的特性。他們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)異常 " 干凈 "，換句話說，他們可以清楚地看到每次出現(xiàn)遮擋時(shí)的光線變化。

這樣的清晰度使得研究人員可以精確地測(cè)量每個(gè)天體的質(zhì)量和半徑，以及它們的軌道周期。測(cè)量結(jié)果表明，在這個(gè)雙星系統(tǒng)中，其中一個(gè)天體很可能是一顆白矮星，大小約為太陽的 1/100，質(zhì)量約為太陽的一半；另一個(gè)天體則是一顆接近生命末期的類太陽恒星，大小和質(zhì)量約為太陽的 1/10。這兩顆恒星看起來每 51 分鐘就會(huì)繞對(duì)方公轉(zhuǎn)一次。

然而，這聽起來似乎不太合理。這是一顆看起來和太陽很像的恒星，但太陽是無法被 " 塞 " 進(jìn)一個(gè)小于 8 小時(shí)的軌道周期里的。所以，這個(gè)雙星系統(tǒng)發(fā)生了什么特別的事件嗎？

是激變變星！

研究人員很快就找到了一個(gè)解釋。大約 30 年前，一些天文學(xué)家做出過一個(gè)預(yù)測(cè)，認(rèn)為一種超短軌道的系統(tǒng)應(yīng)該能夠以激變變星的形式存在。

激變變星是一種較為罕見的雙星系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，一顆像太陽一樣的恒星與一顆白矮星緊緊環(huán)繞運(yùn)行。在數(shù)十億年的時(shí)間里，兩顆恒星互相旋繞慢慢靠近，當(dāng)靠得足夠近時(shí)，白矮星強(qiáng)大的引力會(huì)開始吸積類太陽恒星身上的物質(zhì)。在已知的一千多個(gè)激變變星中，只有十幾個(gè)的軌道周期低于 75 分鐘。

像太陽一樣的恒星在演化末期耗盡燃料時(shí)，其核心會(huì)不斷坍縮形成致密的白矮星。這幅藝術(shù)構(gòu)想圖描繪了一顆白矮星（左）繞著一顆更大的類太陽恒星在超短軌道上旋轉(zhuǎn)，形成了一個(gè) " 激變 " 的雙星系統(tǒng)。（圖 / M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）

研究人員推測(cè)，ZTF J1813+4251 很可能是迄今為止探測(cè)到的擁有最短軌道的激變雙星。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，研究人員對(duì) ZTF J1813+4251 現(xiàn)在的狀況，以及它在未來數(shù)億年間將如何演變進(jìn)行了模擬。

模擬結(jié)果表明：這個(gè)雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星目前正處于一個(gè)過渡階段，那顆類太陽恒星正在從一個(gè)富含氫的天體過渡到富含氦的天體，它一直在旋轉(zhuǎn)，將其大氣中大量的氫氣 " 捐贈(zèng) " 給貪婪的白矮星，它終將會(huì)燃燒殆盡，成為一個(gè)致密的富含氦的核。再過 7000 萬年，這兩顆恒星將會(huì)更加靠近，它們的彼此環(huán)繞的軌道周期將縮短到 18 分鐘！在這之后，失去質(zhì)量的類太陽恒星不會(huì)收縮，而是膨脹，然后兩顆恒星會(huì)在接下來的幾億年時(shí)間里開始分離。到那時(shí)，這兩顆恒星的軌道周期將穩(wěn)定在 30 分鐘左右。

幾十年前，天文學(xué)家就預(yù)測(cè)，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，激變變星就會(huì)過渡到極短的軌道周期。這種情況只有當(dāng)貪婪的白矮星將伴星大氣中的氫全部吸走，開始吞噬伴星裸露在外的核心中的氦時(shí)，才可能發(fā)生。

現(xiàn)在，天文學(xué)家終于首次直接觀測(cè)到這樣一個(gè)過渡系統(tǒng)。這不僅證實(shí)了天文學(xué)家?guī)资昵暗念A(yù)測(cè)，而且還幫助回答了關(guān)于激變變星的軌道極限的開放性問題，有助于科學(xué)家在未來幾年對(duì)激變變星做出進(jìn)一步研究。