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是“電燈泡”還是媒人?遙遠(yuǎn)恒星或助燃爆炸性白矮星雙星組合

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研究人員發(fā)現(xiàn),高達(dá)40%的爆炸性白矮星雙星可能形成于三星系統(tǒng)。

有些愛情故事真的就寫在了星星上。



一項由加州理工學(xué)院(Caltech)領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn),一些爆炸性的恒星雙星組合可能得益于第三顆更遙遠(yuǎn)的恒星才得以形成。

這些戲劇性的系統(tǒng)通常包含一顆白矮星 —— 這是像我們的太陽這樣的恒星死亡后留下的致密、燃燒殆盡的核心。在緊密的恒星對中,白矮星可以從其伴星吸取物質(zhì),引發(fā)被稱為新星(novae)的強大爆發(fā)。

三星系統(tǒng)攪動恒星困境

長期以來,人們認(rèn)為這些被稱為激變變星(cataclysmic variables,簡稱CVs)的不穩(wěn)定系統(tǒng),僅僅是兩顆恒星通過共享的氣體包層(common envelope)螺旋式靠近而形成的。但實際上,它們的起源可能要歸功于一個宇宙“第三者”(cosmic third wheel) —— 它推動內(nèi)部的雙星進(jìn)入更緊密的軌道。

“我們的結(jié)果揭示了CV形成的另一條途徑,”該研究的合著者、加州理工學(xué)院天文學(xué)助理教授卡里姆·埃爾-巴德里(Kareem El-Badry)說。

“有時,潛伏的第三顆恒星是關(guān)鍵,”他說。

為了探索這種可能性,研究人員利用了歐洲航天局(ESA)蓋亞任務(wù)(Gaia mission)的數(shù)據(jù),該任務(wù)提供了對整個銀河系恒星的精確測量。

他們在所謂的層級三星系統(tǒng)(hierarchical triple-star systems)中識別出了50個CVs。在這種系統(tǒng)中,兩顆恒星緊密環(huán)繞運行,而第三顆則在遠(yuǎn)得多的距離上環(huán)繞它們。研究小組發(fā)現(xiàn),大約10%的已知CVs屬于此類,這個比例高得難以用巧合解釋。

為了深入研究,該團隊對2000個假想的三星系統(tǒng)進(jìn)行了計算機模擬。

新起源,舊假設(shè)

這些模型表明,在許多情況下,第三顆恒星的引力可以拉伸內(nèi)部雙星的軌道,直到兩顆恒星擺動得足夠接近,使得潮汐力接管主導(dǎo),將它們拉近,而無需經(jīng)歷傳統(tǒng)的氣體包層階段。

事實上,模擬的CVs中有20%完全無需經(jīng)歷這個包層過程就形成了,而60%的模擬則顯示是第三顆恒星啟動了導(dǎo)致共享包層的螺旋靠近過程。

“第三顆恒星的引力導(dǎo)致雙星擁有一個超高偏心率的軌道,這迫使伴星更靠近白矮星。潮汐力消耗能量,使軌道縮小并變圓,”該研究的主要作者、加州理工學(xué)院研究生謝安·沙里亞特(Cheyanne Shariat)說。
“恒星不必通過共同包層螺旋進(jìn)入。”

當(dāng)研究人員調(diào)整他們的模擬以反映我們銀河系中真實的恒星數(shù)量分布時,他們得出結(jié)論:多達(dá)40%的所有CVs可能都是在三星系統(tǒng)中形成的。

這些模擬還提供了哪些三星系統(tǒng)更可能產(chǎn)生激變變星的線索。

一個重要因素是距離。那些最終形成CVs的系統(tǒng),其初始狀態(tài)通常是內(nèi)部恒星對與遙遠(yuǎn)的第三顆恒星之間間隔很寬,超過100個天文單位(AU)。

一個天文單位(AU)是地球與太陽之間的平均距離。

許多這樣的第三顆恒星現(xiàn)在可能過于暗淡或遙遠(yuǎn)而無法探測到,或者可能已經(jīng)完全被拋出了系統(tǒng)。

“過去50年,人們一直使用螺旋進(jìn)入共享包層演化模型(spiral-in common-envelope evolution model)來解釋CV的形成,”埃爾-巴德里說。“之前沒有人注意到這很大程度上是在三星系統(tǒng)中發(fā)生的!”

該研究結(jié)果已發(fā)表在期刊《太平洋天文學(xué)會匯刊》上。

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