首個白矮星+超冷亞矮星系統(tǒng)發(fā)現(xiàn) “高齡”雙星有“高冷的心”
太陽附近的大多數(shù)恒星是由相同豐度的元素構(gòu)成的。但有一類被稱為亞矮星的特殊天體，其碳和鐵等重元素的含量要少得多。這些亞矮星中溫度最低的被稱為超冷亞矮星，包括極小質(zhì)量恒星與褐矮星。超冷亞矮星很難被研究刻畫，它們不僅暗淡且會隨著時間推移而冷卻，其年齡也無法被直接測量。
不過，這一難題近日被攻克。科技日報記者日前從南京大學(xué)獲悉，該校副教授張曾華領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊最近發(fā)現(xiàn)了首個白矮星+超冷亞矮星雙星系統(tǒng)——VVV1256-62AB，并將其年齡確定為約105億年。該系統(tǒng)中的伴星VVV1256-62B也成為首個L型亞矮星年齡基準(zhǔn)。相關(guān)論文近日發(fā)表于國際期刊《皇家天文學(xué)會月刊》。
雙星高速“出逃”銀河系
“VVV1256-62B最初被認(rèn)定為超冷亞矮星，是因為它有很高的角速度�！闭撐耐ㄓ嵶髡呒娴谝蛔髡邚堅A介紹，VVV1256-62B處于一個距離太陽250光年的寬距雙星系統(tǒng)中，其主星是一顆冷白矮星VVV1256-62A。這兩顆星相距約1400個天文單位(1個天文單位接近1.5億千米，即地球與太陽之間的平均距離)，繞行周期約6萬年，它們在星空以相同的速度和方向運(yùn)動。
2019年，張曾華等人使用歐洲南方天文臺的甚大望遠(yuǎn)鏡(VLT)觀測了VVV1256-62B的光學(xué)光譜和近紅外光譜，并將其確認(rèn)為L3型超冷亞矮星。
“由于VVV1256-62A在紅外波段太暗，且位于背景星較多的銀盤區(qū)域，因而很長時間沒有被探測到。但幸運(yùn)的是，VVV1256-62AB在光學(xué)波段都足夠明亮，所以后來被歐洲航天局的蓋亞空間天文臺探測到了。”張曾華說。
通過分析蓋亞空間天文臺發(fā)布的數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)VVV1256-62A和VVV1256-62B這兩顆天體不僅保持著恒定的距離，而且以相同速度和方向移動，所以確認(rèn)它們是個寬距雙星系統(tǒng)。研究還發(fā)現(xiàn)，目前這兩顆天體正經(jīng)過太陽附近區(qū)域，并以約406千米/秒的速度遠(yuǎn)離銀河系中心。
“這對雙星運(yùn)動速度非常高，但還不足以逃離銀河系。因此，我們能根據(jù)其當(dāng)前位置、距離、角速度和徑向速度來計算其在銀河系中的軌道�！闭撐暮现�、西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)研究人員羅伯托·拉迪說。該雙星的銀河系軌道沿著銀盤分布且偏心率很大，每4億年經(jīng)過距離銀河系中心3千光年的軌道。由于該雙星的速度如此之快，它們在最遠(yuǎn)點時距離銀河系中心10萬光年。這種偏心軌道的起源尚不明確，但可能與原位內(nèi)層銀暈的存在或銀河系與衛(wèi)星星系過去的合并有關(guān)。
為超冷亞矮星“畫像”
兩顆星的關(guān)系和運(yùn)動軌跡得到確認(rèn)后，它們的“身份”成為團(tuán)隊的另一個關(guān)注點。
“我們通常假設(shè)超冷亞矮星的年齡在80億年至140億年，與銀河系暈中的其他恒星年齡相仿。但這一假設(shè)從未得到觀測證實�！睆堅A說。VVV1256-62AB的發(fā)現(xiàn)，為科研人員提供了通過白矮星估算超冷亞矮星年齡的機(jī)會。
“兩顆星如果構(gòu)成一個雙星系統(tǒng)，通常被認(rèn)為是同時誕生的。白矮星的年齡相對容易確定，我們建模后計算出VVV1256-62A的年齡約為105億年。”張曾華說，這意味著VVV1256-62B的年齡也約為105億年。
“VVV1256-62B提供了首個亞太陽金屬豐度L型矮星的年齡基準(zhǔn)，也成為刻畫其他超冷亞矮星和校準(zhǔn)大氣模型的重要參考。”論文合著者、美國加州大學(xué)圣迭戈分校教授亞當(dāng)·布爾加瑟說。
主流觀點認(rèn)為，宇宙的年齡大約是138億年，105億年的VVV1256-62AB可以算得上“高齡”。這對“高齡”雙星，還有“高冷的心”。研究團(tuán)隊利用雙子座南天望遠(yuǎn)鏡觀測到了VVV1256-62A的光學(xué)光譜。論文合著者、英國萊斯特大學(xué)研究人員莎拉·卡斯韋爾說，從這條光譜幾乎看不到任何特征譜線，因為這顆白矮星太“冷”。
這顆星究竟有多“冷”？團(tuán)隊將白矮星大氣模型與暗能量照相機(jī)銀盤巡天、天文可見光和紅外巡天望遠(yuǎn)鏡銀河變星巡天的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，結(jié)果顯示VVV1256-62A的溫度約為4150攝氏度。而大多數(shù)白矮星溫度為8000—40000攝氏度。
“太陽表面溫度約5500攝氏度，VVV1256-62A溫度低于太陽，在可見光下應(yīng)該呈淺橙色，而不是像大多數(shù)溫度更高的白矮星那樣呈白色或藍(lán)色。”張曾華說。
同時，團(tuán)隊根據(jù)VVV1256-62B的光譜與大氣模型的擬合得出，VVV1256-62B的溫度約為2000攝氏度，其氫和氦之外的重元素含量僅為附近恒星平均水平的15%。因此，VVV1256-62B的大氣可能比普通超冷矮星更透明。
此外，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)VVV1256-62A的質(zhì)量是VVV1256-62B的7倍，但直徑只有VVV1256-62B的1/7。
這意味著，VVV1256-62A又小又重，其密度大，表面重力也比VVV1256-62B大得多。
張曾華說：“超冷亞矮星很稀有，光度低、溫度低，所以很難被觀測發(fā)現(xiàn)和研究。VVV1256-62AB的發(fā)現(xiàn)對刻畫超冷亞矮星以及研究貧金屬超冷大氣非常有幫助�！�
