[圖文]極限雙星系統發現大量的宇宙塵埃圍繞 | 陽光歷史

 

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[圖文]極限雙星系統發現大量的宇宙塵埃圍繞

2016年01月02日 宇宙奧秘-短篇 暫無評論 閱讀 163 次




天文學家通過對美國宇航局廣域紅外空間望遠鏡的觀測數據研究後確認發現了一個不同尋常的現象,大量的宇宙塵埃圍繞著一個「極限」雙星系統。科學家本應觀測的雙星系統由一顆白矮星和一顆紅矮星伴星構成,兩者之間的距離僅僅略大於太陽半徑,這是相關天體運行標準上的極小軌道。圖中顯示了有藝術家繪製的雙星系統想像圖,需注意的是在該系統周圍存在不尋常的盤狀碎片環,將白矮星和一顆質量較大的棕色伴星(類似於本次觀測中所發現的紅矮星)所包圍。 

參與本項研究的結構包括美國國家光學天文台(NOAO)、國家科學基金會(NSF)和美國大學天文研究協會(AURA)。這兩顆天體所構成的系統被稱為共包層後雙星,在過去的某個時刻,其中一顆恆星出現膨脹使得它的物質將另一顆伴星「淹沒」,其中一顆恆星類似於我們的太陽。當太陽一樣的恆星達到其生命的終點時,就會向外膨脹。其實質量達到太陽質量0.5倍到7倍的恆星,都可能在核燃料耗盡後出現體積膨大,演化成紅巨星,最終將它的伴星吞沒。在這個過程中,紅巨星便會與伴星緊密地靠近,因此伴星便會將自己的能量注入紅巨星並導致後者出現外層物質拋射,加速其滅亡。 

當膨脹的紅巨星核心與紅矮星倖存於這個動盪的系統中時,其核心便會慢慢冷卻下來演化成白矮星。科學家將該雙星系統命名為SDSS J0303+0054,是由斯隆數字巡天首次發現,並由美國宇航局廣域紅外空間望遠鏡進行後續觀測,本次觀測任務作為數千顆白矮星巡天紅外大調查的一部分。從體積上看,白矮星和地球差不多大小,其釋放的紅外輻射僅僅是太陽的10,000分之一,正因為如此,科學家們才可探測到白矮星附近天體所發出的電磁波信號,比如本次觀測中籠罩在白矮星周圍的塵埃環以及其伴星褐矮星。 

如果褐矮星周圍存在質量更大且更加明亮的恆星時,它便會被後者的光線所「淹沒」,無法探測到褐矮星所發出的光線。天文學家通過美國宇航局廣域紅外空間望遠鏡發現了多個類似的天體,對於SDSS 0303+0054天體而言,科學家所探測到的紅外信號不可能用一顆白矮星存在的模型來解釋,而且其紅外波段的信號較強,因此研究人員推測並確認了該雙星系統中存在白矮星和紅矮星伴星。除了探測白矮星外,科學家也對其周圍天體進行研究,發現了不同尋常的塵埃環以及褐矮星的存在。 

當空間望遠鏡的數據顯示在SDSS 0303+0054雙星系統周圍存在不可思議的塵埃帶信號時,研究人員感到非常驚訝,同時這也是迄今發現的首例「極限」雙星系統。基於紅外波段上對雙星系統的調查,美國宇航局廣域紅外空間望遠鏡天文學家計算出外圍塵埃環的延伸距離相當於兩倍的太陽半徑,大約在金星軌道之外。天文學家還估計了塵埃環的總質量,相當於半徑數十公里(略小於洛杉磯大小)的小行星。科學家認為塵埃盤的起源特別神秘,因為在大質量恆星演化過程的紅巨星階段,行星、小行星和彗星並不會在該距離上存在。 

膨脹的恆星半徑會增大,如果以太陽為例,太陽在演化到紅巨星階段半徑將超過地球軌道之外,任何處於這些軌道上的天體都將很快被摧毀並變成氣體。因此,關於塵埃環的起源之謎只剩下的兩個可能的解釋,一種可能是由多個小行星軌道在雙星系統混亂的引力下發生碰撞,另一個解釋是該雙星系統中的紅矮星釋放出大量恆星風中攜帶著氣體物質,並被其伴星白矮星的引力所困。由於溫度的降低,氣體被凝結成固體物質,於是被我們所觀測到。無論該雙星系統周圍出現的神秘塵埃環起源是何種方式,這一例子為我們提供了一個有趣的雙星系統「實驗室」。 


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