偶然发现！这样的贪吃鬼，居然是研究双星系统的关键？

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（图解：这张天龙座C1共生双星系统的艺术照显示出红巨星中的物质正在向它的白矮星同伴流动。图源：约翰·布朗丁/北卡罗莱纳州立大学）

银河系外有一些恒星会与它们相邻的恒星相互吞噬，我们首次得以完整地绘制出这些恒星的轨道。通过斯隆数字化巡天（Sloan Digital Sky Survey）[1]技术，天文学家的目光锁定在了银河系外的两对恒星上，它们正在吞噬自己的同伴。遥远宇宙的环境功能是否与银河系相同？这项新发现可以帮助天文学家确定问题的答案。同时，这个发现还能让我们深入了解一种测量夜空距离的基本方法。

银河系中一半以上的恒星都是成对出现的。虽然很可能在其他星系中双星也占了很大一部分，但科学家一直无法证实这一点，因为在如此遥远的距离下，普通恒星的光芒太过微弱而难以被看见。而所谓共生星即是一颗伴星逐渐吞噬另一颗，这使得整个系统极为明亮，于是也更容易观测。

这项新研究的合著者，亚利桑那大学的研究生贾斯明·华盛顿（Jasmin Washington）在一份声明中说：“测量这些共生星系统的运行轨道是探究其他星系中是否会和银河系一样产生双星的重要的一步”。在该项目期间，她还是弗吉尼亚大学的一名本科生。华盛顿和她的同事——弗吉尼亚大学的研究生汉娜·路易斯（Hannah Lewis）在举行的第237届美国天美学会会议（The Meeting of the American Astronomical Society）上公布了这一结果。

华盛顿在新闻发布会上表示：“我们有史以来第一次对河外的‘共生’系统的结构有了全面了解。”

偶然发现的贪吃鬼

一对恒星可能会同时诞生，但质量上的差异会导致它们拥有不同的年龄。两者中质量较大的那一个会迅速地将他所拥有的物质燃烧殆尽而率先到达它生命的尽头。如果这颗恒星足够大，那么燃烧最后将会留下一颗致密的白矮星。尽管这白矮星又小又暗，但却能把太阳的质量装进一个地球那么大的体积中去。如果距离它足够近，这种致密的天体的引力可以把物质从它们的同伴那里抢过来，从而产生一个天文学家在极远的地方也能分辨的信号。

虽然天文学家知道“双星”在银河系中很常见，但他们目前仍无法确定这种结构在其他星系中所占的比例有多大。

“双星系统的性质很可能取决于它们形成的环境，”路易斯在发布会上说，“而不同星系中的环境特性往往有很大的差异。”

在过去的十年里，斯隆望远镜的阿帕契点天文台星系演化探测器（Apache Point Observatory Galactic Evolution Explorer, APOGEE）观测了天空，收集了银河系以及最近的邻居星系中数十万颗恒星的数据。包括德拉科矮星系[2]和小麦哲伦星云（SMC）[3]，分别距银河系约26万光年和20万光年。

“仅看这两个星系我们就能明白不同星系间的环境条件会有多么巨大的差异”，路易斯说。德拉科是一个古老的星系，比银河系小10万倍，主要由暗物质组成。小麦哲伦星系则更加年轻，体积也更大，只比银河系小200倍，由老年恒星和新生恒星组成。这两个星系是APOGEE所观测到的Draco C1和LIN358两个共生恒星对的家园。

（图解：这张图显示了APOGEE观测得到的Draco C1共生双星系统的运动数据，这些数据在过去五年中被反复监测。黑点代表数据，蓝色曲线代表红巨星绕白矮星运行的计算机模型，表示恒星移动的方向是朝向或远离观测者。图源：华盛顿等）

吞噬相邻恒星的物质的这一行为能让天文学家识别出这对恒星。多普勒频移[4]——与火车汽笛在靠近时音调变高、远离时音调变低相同的现象——也会导致恒星发出的光的频率发生变化，而具体如何变化就取决于它是靠近还是远离观测者。这样的往复运动能帮助天文学家计算双星系统完整的运行轨道和两颗恒星的质量。

通过梳理APOGEE数年的观测数据，华盛顿意识到Draco C1中的恒星绕彼此运行一周需要约3个地球年，而LIN358中的恒星只需要约2个地球年。这个结果是首次对银河系外共生星系的完整轨道测量。

“我们对共生恒星的观测时长鲜能达到足以让天文学家深入观察它们之间奇妙的纠缠舞动的程度，”路易斯在一次声明中说，“至今为止还没能有人对其他星系中的共生恒星做详细的研究。”

新的测量结果将帮助天文学家更好地了解其他星系的恒星形成。同样来自弗吉尼亚大学的博尔哈·安圭亚诺 （Borja Anguiano）在一份声明中表示：“矮星系的内部环境和进化历程都与银河系有着天壤之别”。作为这篇论文的合著者，安圭亚诺是最初发现APOGEE已经多次偶然观测到Draco C1和LIN358的人。

“很快，我们就将为其他星系中的双星系统绘制足够多的运行轨道图，并能够解决‘是否不同类型的星系在形成双星系统的效率上存在差异’这一问题。”

对Draco C1的观测结果今年早些时候已在《天体物理通讯杂志》（Astrophysical Journal Letters）上发表。

宇宙中的标准烛光

在一些共生恒星中，白矮星可以从伴生星那里夺来足够的物质，从而以Ia型超新星[5]的形式爆炸。这些极为明亮的爆炸在宇宙的任何一个角落都能观测到，而且在附近的观测者看来，这些爆炸最开始的亮度都是一样的。天文学家可以将Ia型超新星作为测量宇宙的“标准烛光”，通过超新星的视亮度[6]计算我们和它的距离。

虽然Draco C1和LIN358在短时间内可能并不会以超新星的形式爆炸，但探究它们的运行机制有助于我们了解这些标准烛光是如何演变的。

“因为我们在测量星体距离时需要依赖Ia型超新星，所以准确理解它们的运行机制是非常重要的，同时我们还需要知道什么样的系统才可能是我们想要寻找的超新星的前身”，安圭亚诺说，“随着对于其他星系中共生星运行轨道的研究的展开，我们将能够确认Ia超新星的形成过程是否具有普遍性。”

华盛顿在一次发布会上表示，绘制Draco C1和LINK358的轨道特征图是利用近十年来的APOGEE观测数据来了解银河系外双星系统的“不可思议的第一步”。

“细致入微地研究河外共生星，并精确地推导出它们的轨道和恒星参数，可以为我们研究这些宇宙标记提供重要的见解”，华盛顿说。

参考资料

斯隆数字化巡天是使用位于新墨西哥阿帕契点天文台的2.5米口径望远镜进行的红移巡天项目。（来源：中文维基百科-“斯隆数字化巡天”）

矮星系是光度最弱的一类星系，是星系中最为常见的一类。（来源：百度百科-“矮星系”）

小麦哲伦星系，位于杜鹃座与水蛇座之间，是临近银河系的一个矮星系、不规则星系。直径约7000光年，包含数亿颗恒星，总质量约为太阳的70亿倍，距银河系约20万光年，是距离最近的河外星系之一。（来源：百度百科-“小麦哲伦星系”）

多普勒频移是指当移动台以恒定速率沿某一方向移动时，由于传播路程差的原因，会造成相位和频率的变化，它揭示了波的属性在运动中发生变化的规律。（来源：百度百科-“多普勒频移”）

Ia型超新星的形成需要由一个巨星和一个白矮星组成的双星系统，当白矮星吸收巨星的物质并达到1.44个太阳质量时，会发生碳爆轰，核爆炸后没有遗留产物。（来源：百度百科-“Ia型超新星”）

视亮度是指从黑色表面到白色表面的感觉连续体。光度是恒星的发光能力，即恒星单位时间幅射的总能量，视亮度就是这些恒星辐射的能量到观察者时单位面积的能量，它时观察者所接受到的能量。

BY:Nola Taylor Tillman

FY:赵若彤

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