質量過低的白矮星如何存在?科學家:反推算恆星年齡會比當今宇宙還要老

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 10 日 18:21 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


一顆典型的白矮星質量約太陽質量 0.6 倍,然而這些年來,科學家陸續發現一些白矮星質量僅太陽的 0.15~0.3 倍,成為無解謎題,於是科學家找到一種解釋:白矮星存在聯星系統中,被伴星加速剝離物質而致使最終質量很低。可是現在,天文學家又找到一個無法用上述理論解釋的超低質量白矮星。

一顆質量與太陽差不多或大幾倍的恆星,在度過長達數十億年的生命後會膨脹成紅巨星、外層物質逐漸被吹散,最後留下高密度的核心,成為一顆死星白矮星。多數白矮星質量介於 0.5~0.7 倍太陽質量之間,然而事情總有一些特例,科學家目前找過質量最低的白矮星估計僅 0.17 太陽質量。

一顆白矮星質量要如此小,代表它生前的質量也要很低,然而按照當前恆星演化理論,質量越低的恆星則壽命越長,假如一顆恆星質量僅 0.1 太陽質量,則反推它能在宇宙中緩緩燃燒自身燃料長達數千億年,比當今宇宙年齡還要久。

由於單顆恆星演化過程無法解釋這些極低質量的白矮星,於是天文學家採用了另一種解釋:質量很低的白矮星可能原本處於聯星系統中,其物質被伴星不斷剝離加速質量損失,故得以演化成超低質量白矮星,迄今為止,這種理論能解釋所有已知的白矮星。

然而現在,由普林斯頓大學天體物理學家 Kento Masuda 領導的團隊,新發現一顆無法用聯星系統解釋的極低質量白矮星。

該顆白矮星位於克卜勒望遠鏡發現的 KIC 8145411 聯星系統中,Kento Masuda 團隊利用弗雷德‧勞倫斯‧惠普爾天文台(Fred Lawrence Whipple Observatory)、昴星團望遠鏡(Subaru Telescope,也稱斯巴魯望遠鏡)進一步分析,卻發現這顆白矮星質量僅太陽的 0.2 倍。

更讓人驚訝的是,白矮星與其伴星的距離寬達 1.28 AU,比地球到太陽的距離還要遠,這代表白矮星生前並不會被伴星剝離大量物質,因此只能有其他機制造就出這顆質量異常低的白矮星。

但究竟如何形成?也許它不是白矮星?科學家只能確定物體質量以及它相對較小的事實,或許這實際上是一個黑洞或中子星?不過到這邊又有 2 個論點持反對意見,首先從統計學來看,白矮星數量絕對比黑洞或中子星多,而且天體物理學家對極低質量的中子星或黑洞形成方式也還沒有完善說法;其次──更沒有相關觀測數據。

一個無法被歸類的天體,不代表科學家眼界狹小、不懂宇宙奧妙之處,而是說明理論尚有漏洞,並且這個洞可能藏有科學家未知的物理機制,也許天文學家要因此重新審視白矮星的形成過程、以及超低質量白矮星在生前如何與伴星相互作用、甚至直接修改理論。

再者,KIC 8145411 系統還可能只是宇宙的冰山一角,隨著未來新設備投入更多觀測,科學家才能描繪出最真實的宇宙世界。新論文發表在《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal Letters)。

(首圖來源:JPL/NASA

延伸閱讀: