研究人員發現了一些白矮星停止冷卻的原因這對先前的理解提出了挑戰
新的研究發現,白矮星停止冷卻是由於其內部有漂浮的晶體,這為了解恆星的衰老過程提供了啟示。在3月6日發表在《自然》(Nature)上的一篇論文中,來自美國高等研究所、加拿大維多利亞大學和英國華威大學的學者們提出了一個新理論,解釋了為什麼令人費解的白矮星群體在100億年停止冷卻。
翻開任何一本天文學教科書,在有關白矮星的章節中,你很可能會了解到它們是隨著時間推移不斷冷卻的”死星”。之所以會冷卻,是因為白矮星的核熱源已經耗盡。在經典的圖片中,這會導致白矮星內部的高密度等離子體凍結,從而導致恆星從內向外凝固。
反思白矮星物理學
然而,該研究所自然科學學院馬丁-A.和海倫-喬爾堅(Martin A. and Helen Chooljian)成員程思豪(Sihao Cheng)於2019年發表的一項對歐洲航天局蓋亞衛星(Gaia satellite)數據的分析與此標準圖景相矛盾。它表明,一些白矮星實際上在數十億年(佔宇宙年齡的很大一部分)內都保持高溫。這項發現曾讓理論家們困惑不已,但今天的新論文可能會給出令人信服的解釋。
程說:「為了讓這些白矮星停止冷卻,它們必須以某種方式產生額外的能量。雖然我們起初不確定這個過程可能是什麼,但現在我們對它是如何發生的有了更清晰的認識」。
這項認知是程思豪、華威大學的安托萬-貝達爾(Antoine Bédard)和維多利亞大學的西蒙-布勞因(Simon Blouin)合作得出的。
![White-Dwarf-Star-V391-Peg.jpg](https://i0.wp.com/static.cnbetacdn.com/article/2024/0320/31887c70c11f443.jpg?w=640&ssl=1)
白矮星V391 Peg 的示意圖。資料來源:Chris Laurel, Celestia
他們提出,在某些白矮星中,內部的緻密等離子體並不是簡單地從內向外凍結。相反,凍結後形成的固態晶體密度比液體小,因此開始向表面漂浮。當晶體向上漂浮時,它們會將較重的液體向下置換。密度較大的物質向恆星中心的移動釋放引力能量,這種能量足以中斷恆星的冷卻過程數十億年。
這項發現的一個迷人之處在於,它所涉及的物理學原理與我們在日常生活中觀察到的情況類似:白矮星內的冰凍晶體是漂浮而不是下沉的。我們可以把它們的行為比喻成漂浮在水中的冰塊。為什麼這種情況會發生在某些白矮星上而不是其他白矮星上,目前還不確定,但作者認為這很可能是由於恆星的成分造成的。
“有些白矮星是由兩顆不同的恆星合併而成的。當這些恆星碰撞形成白矮星時,會改變恆星的成分,從而形成浮游晶體,”布勞因說。
發現的意義
白矮星通常被用作年齡指標:白矮星的溫度越低,它的年齡就越大。然而,由於在一些白矮星中發現了額外的冷卻延遲,一些特定溫度的恆星可能比以前認為的要老幾十億年。更了解白矮星的年齡和其他方面,將有助於科學家重建銀河系的形成過程。
程補充說:”我們的工作將需要對天文學教科書進行更新。我們希望它還能促使天文學家重新評估計算恆星群年齡的方法。”
編譯自: ScitechDaily