白矮星光譜中藏有行星訊息

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 09 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


白矮星是低質量恆星燃燒完核心的氫所殘留下的碳氧核心,然而光譜觀測發現其大氣多是由氫和氦組成。此差異主要因其表面重力較大,產生分層效應(較重的元素沉澱較快)較明顯,比氦重的元素在很短時間(和冷卻時間相比)內就沉澱,使得大氣多是由氫和氦組成。大氣雖然佔白矮星質量不超過 1%,但是其透明度會影響其冷卻時間。

白矮星的光譜分類是由 D 加上根據貢獻譜線主要特徵元素的描述,例如 DB 分類的白矮星光譜中主要有氦的譜線。約有 25~50% 的白矮星大氣有金屬存在,研究發現其來自受其潮汐力扯散的行星碎片,因吸積進入白矮星大氣而形成。分析帶有金屬譜線的白矮星光譜,是測量行星組成的有力工具之一,研究發現其組成多與類地行星相似。科學家也在約 75% 的 DB 型白矮星中發現氫譜線,其來源還無法確定,可能來自演化成白矮星的恆星、吸積外部天體或星際介質,或從內部大氣而來。因有金屬譜線的白矮星大氣,含有氫譜線的比例較高,推測有些氫是來自吸積的行星碎片。

本研究使用威廉赫歇爾望遠鏡和凱克望遠鏡分析 GD 424 白矮星,已知其氦大氣中有金屬及許多氫譜線。研究人員擬合合成光譜、不同濾鏡亮度和來自蓋亞太空望遠鏡的視差以獲得光譜,並藉此推得GD 424的物理性質,如溫度約 16560 K、質量約 0.01 倍太陽質量、大小約 0.01 太陽半徑並估計其冷卻時間約為 2.15 億年。亦從光譜中辨認出 11 種金屬物質及其含量,科學家認為吸積事件處於增加或穩定狀態,而被分解的行星碎片組成類似 CI 球粒隕石(碳質球粒隕石的一種)或地球。白矮星大氣中部分的氫是早期由富含水的行星碎片吸積而來。

▲ 上方顯示白矮星的光譜,橫軸為波長(單位為埃)縱軸為其強度。右上角說明欄指出顏色代表不同元素的譜線,由上而下分別為氫(H)、氦(He)、氧(O)、鎂(Mg)、矽(Si)、鈣(Ca)。可發現金屬譜線較窄而氫氦譜線較寬。(Source:arxiv.org

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA

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