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发现“矮新星”超级爆发,亮度突增1600倍,温度激增到11700度!

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美国宇航局开普勒太空望远镜旨在通过寻找行星穿过恒星前面时,发生变暗的恒星来发现系外行星。幸运的是,同样的设计使开普勒太空望远镜成为发现其他天文瞬变的理想选择,这些瞬变会随着时间的推移而变亮或变暗。一项对开普勒太空望远镜档案数据的新搜索,发现了一次不同寻常的超级爆发,它来自一颗以前未知的矮新星恒星系统。在不到24小时里,矮新星亮度突增达1600倍,然后慢慢消弱消失。

正在研究的矮新星恒星系统由一颗白矮星和一颗褐矮星组成,其质量大约是白矮星的十分之一。白矮星是一颗老化类太阳恒星的残余核心,在地球体积大小的球体中,含了大约相当于太阳质量的物质。褐矮星是一种质量在10到80倍木星之间的天体,因为它太小了,无法进行核聚变。这颗褐矮星每83分钟绕着这颗白矮星转一圈,距离只有25万英里(约40万公里),大约是从地球到月球的距离。

它们的距离如此之近,以至于白矮星的强大引力,将棕矮星的物质剥离,像吸血鬼一样吸走了它的精华。剥离的物质在向白矮星旋转时形成一个圆盘(称为吸积盘)输入。当这个矮新星恒星系统经历了一次超级爆发,亮度增加了1000倍以上时:开普勒太空望远镜正在朝着正确的方向寻找,这是完全有可能的。事实上,开普勒太空望远镜是唯一可以见证这一过程的仪器,因为从当时的地球来看,该系统离太阳太近了。

开普勒太空望远镜的观测节奏很快,每30分钟采集一次数据,这对于捕捉到爆发的每一个细节至关重要。这一事件一直隐藏在开普勒太空望远镜的观测数据档案中,直到由马里兰州巴尔的摩的空间望远镜科学研究所(STScI)和澳大利亚堪培拉的澳大利亚国立大学瑞安·里登-哈珀领导的一个团队确认为止。哈珀表示,从某种意义上说,我们是偶然发现这个系统的,我们并不是专门在寻找这样的超级爆发,而是是在寻找任何形式的瞬变。

开普勒太空望远镜捕捉到了整个事件,观察到亮度缓慢上升,然后迅速增强。虽然理论上预测到了突然的亮度变化,但缓慢开始的原因仍然是一个谜。吸积盘物理的标准理论不能预测这种现象,随后在另外两次矮新星超爆发中观察到了这种现象。这些矮新星系统已经被研究了几十年,所以发现新的东西相当棘手,看到各处都有吸积盘(从新形成的恒星到超大质量黑洞)所以了解它们很重要。理论认为,当吸积盘达到临界点时,就会触发一次超爆发。

当它积累物质时,它的大小不断增大,直到外缘与绕轨道运行的棕矮星发生引力共振。这可能会引发热不稳定,导致磁盘过热。事实上,观测显示,圆盘的温度从正常状态下的大约5000-10000°F(2700-5300°C)上升到超爆发高峰期的17000-21000°F(9700-11700°C)。这种类型的矮新星系统相对罕见,已知仅有约100颗。一个单独的系统可能会在两次爆发之间持续数年或数十年,这使得在行动中捕捉到一个系统是一个挑战。

这个天体的探测,为探测隐藏在开普勒数据中更罕见的事件带来了希望。研究团队计划继续挖掘开普勒数据,以及来自另一个系外行星猎人:凌日系外行星调查卫星苔丝号(TESS)任务的数据,以寻找其他瞬变。开普勒/K2和苔丝号对这些动态恒星系统的持续观测,将让天文学家能够研究爆发的最初几个小时,这是地面天文台几乎不可能到达的时域,其研究发现发表在《皇家天文学会月刊》上。

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博科园|研究/来自:欧洲航天局/哈勃信息中心

参考期刊《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2923

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