天文學家發現迄今最小恆星半徑僅約地球7倍
清華大學物理系教授王曉鋒課題組與合作者利用清華大學—馬化騰巡天望遠鏡（TMTS）發現了一顆距離地球約2760光年、軌道周期僅20.5分鐘的緻密雙星系統（即TMTS J0526），並解密了其物理起源。 2月9日，該成果以《20.5分鐘分離雙星中七倍地球半徑的氦燃燒星》為題在線發表於《自然—天文學》。
雙星系統由一顆質量為0.74倍太陽質量的碳氧白矮星與一顆質量約太陽0.33倍的熱亞矮星組成。此熱亞矮星的半徑僅有地球的7倍左右，代表了人類目前發現的體積最小的恆星。
這樣一對極短軌道周期的雙星能夠在毫赫茲頻段產生強的引力波輻射，有望被未來的空間重力波天文台如LISA、天琴以及太極顯著探測到。
需要特別指出的是，這個雙星系統的發現和研究首次驗證了透過二次共有包層拋射演化形成低質量熱亞矮星的理論通道（由中國科學院雲南天文台韓佔文院士團隊於2003年提出）。
基於對熱亞矮星形成通道的詳細星族合成的研究，理論預言透過二次共有包層拋射通道形成的熱亞矮星中，應該存在少部分質量低至0.32-0.36倍太陽質量的亞類。這些低質量的熱亞矮星透過點燃非簡併氦核形成，它們與被廣泛認知的透過氦閃點燃簡併氦核形成的熱亞矮星（約0.45倍太陽質量）具有截然不同的質量分佈。在經歷第二次共有包層的物質拋射後，這些包含一顆白矮星的熱亞矮星雙星系統，透過重力波輻射可演化形成軌道周期短至20分鐘的極短週期雙星系統。但在TMTS巡天觀測發現之前，國際上並未觀測到完全符合上述觀測性質的白矮星—熱亞矮星雙星系統。
TMTS觀測系統是王曉鋒團隊在馬化騰基金以及清華大學支持下，建造的一架獨特設計的多鏡筒光學巡天設備。自2020年正式運作以來，該系統以1分鐘的觀測頻率凝視北半球的宇宙星空。截至2023年底，TMTS累計獲得了超過2700萬顆恆星的密集採樣光變數據，包含大量高價值的短週期變源，TMTS J0526便是其中光變週期最短的系統之一。
在發現該源之後，團隊利用位於美國夏威夷的10米口徑Keck望遠鏡和位於西班牙拉帕爾瑪島的10.4米口徑GTC望遠鏡對該源進行了高時間分辨的連續光譜觀測，並且使用麗江2.4米望遠鏡進行時序測光觀測。
結合高頻採樣觀測得到的光變曲線以及光譜視向速度變化，研究團隊分析得出，TMTS J0526是一顆軌道周期僅有20.5分鐘的橢變雙星，其中更大、更亮的子星（即可見星）在另一顆更緻密白矮星（不可見星）的潮汐引力作用下發生形變。
藝術家繪製的TMTS J0526雙星系統（北京天文館喻京川）。圖中較大的是熱亞矮星，遠處較小的那顆是其白矮星伴星。課題組供圖
透過分析亮度、表面引力、有效溫度及質量半徑關係顯示可見星是一顆低質量、薄包層的熱亞矮星。此雙星系統包含的低質量熱亞矮星、白矮星伴星以及極短的軌道周期均與二次共有包層拋射通道形成低質量熱亞矮星（雙星）的理論預言相符合。
這是TMTS計畫繼發現18.9分鐘藍色大振幅脈動變星之後，研究成果第二次發表在該期刊。