多倫多大學（UT University of Toronto）的研究人員取得了一項突破性發現：在年輕星團中首次發現了成對的白矮星–“死亡”恆星殘骸和主序星–仍然”活著”的恆星。 這項發現於11月15日發表在《天文物理學報》（Astrophysical Journal）上，它揭示了恆星演化的一個關鍵階段，並解決了天文物理學的一個未解之謎。

這張由ALMA 望遠鏡拍攝的影像顯示了恆星系統HD101584 和圍繞雙星的複雜氣體雲。 這是一對恆星在最後時刻共享一個共同外層的結果。 資料來源：ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），Olofsson 等人，鳴謝： 羅伯特-卡明

這項發現有助於彌合雙星系統–由共同引力軌道束縛的兩顆恆星–最早和最後階段之間的差距。 對這些系統的了解有助於我們進一步了解恆星是如何形成的，星係是如何演化的，以及構成宇宙的元素是如何產生的。 此外，這些通常包括一個或多個緊湊殘餘物的雙星可能是解釋超新星爆發和重力波等宇宙現象的關鍵。

大多數恆星都存在於雙星系統中。 事實上，在所有與太陽相似的恆星中，有近一半至少有一顆伴星。 這些成對的恆星通常大小不一，其中一顆恆星的質量通常比另一顆大。 雖然人們可能會認為這些恆星的進化速度相同，但質量較大的恆星往往壽命較短，經歷的恆星進化階段也比質量較小的伴星快得多。

在恆星生命即將結束的階段，它的體積會膨脹到原來的數百或數千倍，這就是我們所說的紅巨星或漸近巨枝階段。 在近雙星系統中，這種膨脹是如此劇烈，以至於垂死恆星的外層有時會完全吞噬它的伴星。 天文學家稱此為共同包膜階段，因為兩顆恆星都被包裹在相同的物質中。

共同包膜階段仍是天文物理學中最大的謎團之一。 科學家一直在努力理解恆星在這段關鍵時期的螺旋運動如何影響恆星的後續演化。 這項新研究或許能解開這個謎團。

本文第一作者、多倫多大學研究生Steffani Grondin 在智利拉斯坎帕納斯天文台觀測白矮星-主序雙星時在一台麥哲倫望遠鏡前留影。 圖片來源：Steffani Grondin

恆星死亡後留下的殘餘物是被稱為白矮星的緊密天體。 發現這些同時包含”死”恆星殘骸和”活”恆星的後共包層系統–又稱白矮星-主序雙星–為研究恆星演化的這一極端階段提供了一種獨特的方法。

“雙星在我們的宇宙中扮演著巨大的角色，”主要作者、德克薩斯大學戴維-A-鄧拉普天文學與天體物理學系研究生斯蒂芬妮-格隆丁（Steffani Grondin）說，”這個觀測樣本標誌著我們邁出了關鍵的第一步，讓我們能夠追蹤雙星的完整生命週期，並有望讓我們制約恆星演化中最神秘的階段。

研究人員使用機器學習來分析來自三個主要來源的數據： European Space Agency的Gaia任務–一個研究了銀河系中十億多顆恆星的太空望遠鏡–以及來自2MASS和Pan-STARRS1巡天觀測的數據。 這個組合資料集使研究小組能夠在具有與已知白矮星-主序對相似特徵的星團中尋找新的雙星。

儘管這些類型的雙星系統應該非常常見，但要找到它們卻很困難，在這項研究之前，只有兩個候選者在星團中得到確認。 這項研究有可能將這一數字增加到38 個星團中的52 個雙星。 由於這些星團中的恆星被認為都是同時形成的，因此在開放星團中發現這些雙星可以讓天文學家確定這些系統的年齡，並追蹤它們從共同包層條件之前到共同包層後階段觀測到的雙星的整個演化過程。

“機器學習的使用幫助我們識別出了這些獨特系統的清晰特徵，而這些特徵是我們僅憑幾個數據點無法輕易識別出來的，”合著者、T大學David A. Dunlap天文學及天體物理學系和統計科學系教授Joshua Speagle說，”它還讓我們能夠在數百個星團中自動搜索，如果我們試圖手動識別這些系統，這是不可能的任務。”

“這指出了我們的宇宙中有多少東西隱藏在眾目睽睽之下–仍在等待著被發現，”合著者瑪麗亞-德魯特（Maria Drout）說，她也是麻省理工大學戴維-鄧拉普天文學與天體物理學系的教授。 “雖然有很多這類雙星系統的例子，但很少有必要的年齡約束條件來全面繪製它們的演化歷史。 雖然還有很多工作要做，以確認和全面描述這些系統，但這些結果將對天體物理學的多個領域產生影響。

包含緊湊天體的雙星也是一種被稱為Ia型超新星的極端恆星爆炸的原生體，也是引起引力波的合併的原生體，引力波是時空中的漣漪，可以被激光干涉儀引力波天文台（LIGO ）等儀器探測到。 隨著研究小組利用雙子座、凱克和麥哲倫望遠鏡的數據來確認和測量這些雙星的特性，這份星表最終將揭示我們宇宙中許多難以捉摸的瞬變現象。

編譯自/ ScitechDaily