紫外線揭開宇宙偽裝,哈伯望遠鏡發現一顆由「雙星合併」誕生的超大質量白矮星

作者 | 發布日期 2025 年 08 月 31 日 0:00 | 分類 天文 line share Linkedin share follow us in feedly line share
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紫外線揭開宇宙偽裝,哈伯望遠鏡發現一顆由「雙星合併」誕生的超大質量白矮星

透過哈伯太空望遠鏡靈敏的紫外線觀測,天文學家發現一顆超大質量白矮星。它並不是由單一恆星演化末期形成,而是由白矮星與另一顆伴星合併而成。在可見光波段,這顆白矮星看似普通,但紫外線觀測揭示了截然不同的歷史。這也是天文學界首次透過紫外線光譜確認經歷合併產生的白矮星。

白矮星是一種緻密天體,大小約與地球相當,但質量接近太陽。它是那些質量不足以爆炸成核心塌縮超新星的恆星最終狀態。我們的太陽大約在 50 億年後也會演化成白矮星。理論上,白矮星的質量上限約為太陽的 1.4 倍,但比太陽更重的白矮星非常罕見,被稱為「超大質量白矮星」。這類天體可能來自單一恆星的演化,也可能是白矮星與伴星(雙星系統)合併的產物。

在此之前,已有六顆合併白矮星透過可見光光譜中的碳譜線被發現。包括這次的新發現在內,七顆白矮星都屬於一個更大的族群。先前研究指出,這個族群的白矮星比按照它們的質量與年齡所預測的顏色來得更藍。而合併的證據正好解釋了這一現象,並提供它們形成歷史的重要線索。

這顆編號 WD 0525+526 的超大質量白矮星距離地球 128 光年,質量約為太陽的 1.2 倍。在可見光波段,它的光譜與一般白矮星無異,但哈伯太空望遠鏡的紫外線光譜觀測在其大氣中發現了碳。由單一恆星演化而成的白矮星,其大氣層通常僅含氫與氦,而核心則以碳/氧或氧/氖為主。厚厚的大氣層會遮蔽這些內部重元素的訊號,因此當碳出現在光譜中時,往往意味著更劇烈的起源,例如碰撞或合併。這類事件會燃耗掉原有的氫氦大氣,只留下極薄的一層,讓核心的碳浮現並能被觀測到。

▲ 白矮星與紅巨星(伴星)合併示意圖。合併過程中,當白矮星穿越紅巨星外層大氣時,其外層物質被剝離燃耗,核心的碳成分因此暴露。(Source:NASA

WD 0525+526 之所以特別,在於它的溫度高達約21,000 K,質量達 1.2 個太陽質量,比其他六顆已知的合併白矮星更高溫且更大質量。然而,它的大氣碳含量卻是目前觀測到最少的,僅為其他合併白矮星的十萬分之一。若沒有哈伯在紫外線觀測的靈敏度,幾乎無法從光譜中辨認出它的特殊性,進而推知其合併的起源。對高溫白矮星而言,像碳這類比氦更重的元素,其譜線在可見光波段極為微弱,但在紫外線範圍仍然清晰可見,而哈伯正好具備這一觀測能力,也是目前唯一能提供如此高品質的紫外線觀測儀器。

由於 WD 0525+526 的真正身世只有在紫外線光譜中才被揭示,天文學家推測,很可能還有其他看似「普通」的白矮星其實也是合併的產物。這意味著這類罕見的白矮星或許比先前的預測更為常見。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖為示意圖,來源:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva Image processing: M. Zamani and M. Kosari (NSF’s NOIRLab), CC BY 4.0, via Wikimedia Commons)

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