天文學家發現了一顆罕見的白矮星脈衝星，加深了我們對恆星演化和白矮星磁場的理解。這項發現支持了發電機模型，並表明宇宙中存在更多這樣的脈衝星。華威大學和波茨坦萊布尼茲天體物理研究所（AIP）在兩項獨立研究中發現了一種罕見的恆星系統，為動力模型對恆星演化的預測提供了新的見解。

白矮星脈衝星的藝術印象。在這個雙星系統中，一顆快速旋轉的白矮星（右）將電子加速到接近光速。這些高能量粒子產生的輻射爆發撞擊伴生的紅矮星（左），導致整個系統從射電到 X 射線範圍內的脈動。資料來源：M. Garlick/華威大學/ESO

這顆新的白矮星脈衝星是由一顆白矮星和一顆紅矮星組成的極度接近的雙星系統，加在一起可以裝進太陽內部，是已知的第二顆同類脈衝星。

白矮星是個密度極高的恆星殘骸，其質量與太陽相當，但體積卻只有地球那麼小。它們是在低質量恆星燃盡所有燃料、失去外層、內部強烈收縮時形成的。它們也被稱為”恆星化石”，可以讓人們了解恆星演化的各個方面。

另一方面，脈衝星早在 20 世紀 60 年代就已為人所知，目前已發現 3000 多顆。它們是快速旋轉的強磁中子星，帶電粒子被超強電場從表面撕裂，然後加速到接近光速。因此，它們會發出從射電到 X 射線甚至伽馬射線範圍的輻射，即光。由於恆星的快速旋轉，短脈衝輻射會到達地球，這就是它們被稱為脈衝星的原因。

令科學界大吃一驚的是，2016 年人們首次在一顆白矮星上觀測到了脈衝星現象。令人驚訝的是，在這顆名為 AR Scorpii 的恆星上，既沒有極快的旋轉，也沒有真正脈衝星的強電場。

這顆白矮星是在一個非常接近的雙星系統中發現的，它的近鄰–一顆類似太陽的紅矮星–透過向它的磁場注入粒子來為它提供能量。這就從外部點燃了脈衝星現象，並像頻閃鏡一樣照射著紅伴星，使整個系統每隔一段時間就會急劇變亮或變暗。這兩顆恆星–白矮星和紅矮星–靠得如此之近，以至於可以塞進我們的太陽。

探討磁場與「發電機模型」

決定性因素是強磁場的存在，然而天文物理學家並不知道原因。解釋強磁場的一個關鍵理論是”發電機模型”，它認為白矮星的內核中有發電機，就像地球一樣，只是比地球強得多。但為了驗證這個理論，研究人員必須尋找其他白矮星脈衝星，以確定他們的預測是否正確。

在同時發表於《自然-天文學》（Nature Astronomy）和《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）的兩篇新研究中，一個有美國國家天文學研究所（AIP）參與的國際研究小組描述了新發現的白矮脈衝星J1912-4410（eRASSU J191213.9-441044）。它距離地球 773 光年，每 5 分鐘自轉一圈，比我們的地球快 300 倍。白矮星脈衝星的大小與地球相似，但質量至少與太陽相當。這意味著一茶匙白矮星的重量約為 15 噸。白矮星的生命開始於極高的溫度，然後經過數十億年的冷卻。 J1912-4410的低溫顯示它已經非常古老了。

這項研究證實，正如早期模型所預測的那樣，有更多的白矮星脈衝星。 J1912-4410的發現也證實了動力模型的其他預測。由於白矮星的年齡很大，脈衝星系統中的白矮星應該會很冷。它們的伴星應該足夠接近，以至於白矮星過去的引力足以從伴星中提取質量，導致它們快速旋轉。對於新發現的脈衝星來說，所有這些假設都成立：白矮星的溫度低於13000開爾文，旋轉頻率很高，約為5分鐘，而且白矮星的引力對伴星有很強的影響。

合作研究與未來影響

一個研究小組利用蓋亞和 WISE 的數據尋找候選天體，重點是那些與天蠍座AR性質相似的天體。在觀測了幾十個候選天體後，他們發現了一個光變非常相似的天體。用其他望遠鏡進行的後續觀測發現，這個系統大約每五分鐘就會向地球發送一次射電和X射線訊號。另一個研究小組利用 Spectrum-X-Gamma 衛星上的 eROSITA X 射線望遠鏡的數據，發現了近距離的白矮星/紅矮星對。這兩個小組聯合起來進一步研究他們的新發現。

“我們很高興能在SRG/eROSITA 進行的X 射線巡天中發現這個天體，”AIP X 射線天文學組組長、發表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）上的這項研究的第一作者Axel Schwope 博士指出。 “利用歐空局的 XMM-Newton 衛星進行的追蹤觀測顯示了高能量 X 射線區域的脈衝，這是將該天體確定為白矮星脈衝星所缺少的最後一個證據。這證實了這個新天體的不尋常性，並將白矮星脈衝星確定為一個新的類別，儘管目前只有兩個成員”。

華威大學物理系的 Ingrid Pelisoli 博士是《自然-天文學》研究報告的第一作者，她補充說：”磁場的起源是天文學許多領域的一大未決問題，對於白矮星來說尤其如此。白矮星的磁場可能比太陽的磁場強一百萬倍以上，而動力模型有助於解釋其中的原因。 J1912-4410的發現為這一領域的研究邁出了關鍵的一步”。

編譯來源：ScitechDaily