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史上體積最小 質量最大的白矮星

白矮星ZTF J1901+1458和月亮的對照圖。(Giuseppe Parisi)
白矮星ZTF J1901+1458和月亮的對照圖。(Giuseppe Parisi)

編譯/笛睿
天文學家新發現一顆奇特的白矮星,半徑只有2,140公里,僅比月球半徑1,700公里稍微大一點而已,可是質量卻是太陽的1.35倍。

美國加州巴洛馬天文臺(Palomar Observatory)的茲威基瞬變設施(Zwicky Transient Facility,ZTF)發現了這顆恆星,所以給它取了這個代號ZTF J1901+1458。它距離地球約130光年,位於天鷹座(Aquila)內。

它約有一億年的歷史,磁場極強,是太陽磁場的近10億倍。白矮星自轉一圈一般需要幾個小時,但這顆新發現的白矮星自轉一圈只需6.94分鐘,在白矮星中非常罕見,自轉速度非常快。

加州理工學院的天文學家凱亞佐(Ilaria Caiazzo)說:「ZTF J1901+1458質量很大,相當於太陽那麼大的質量擠進月球那樣體積的空間內。這聽上去違反常理,但是較小的白矮星往往質量比較大。」

團隊表示,這顆白矮星很可能是由 2 顆白矮星相互繞旋最後合併形成,如此才能賦予它小尺寸、強磁場與加速自轉的特性。ZTF J1901+1458 可能來自 2 顆白矮星組成的聯星系統,隨著時間推移最終兩者合而為一,原本預期這種情況會爆炸形成 Ia 型超新星,但該系統質量剛好可合併為白矮星。

發現這顆白矮星後,研究人員結合了地面和太空多個望遠鏡的觀測數據進一步分析,發現了這顆白矮星又一個奇特之處。天文學家認為,這顆白矮星磁場之強,加上不到7分鐘就自轉一圈,ZTF J1901+1458應該是由2顆白矮星合併而成的。

天文學家說:「不少恆星是以兩個為一組互相繞行旋轉。它們一起抵達壽命的終點,如果這2顆一起死去的恆星質量夠大(太陽的8倍以上),它們會以超新星爆炸的方式終結生命;如果它們都是質量在太陽8倍以下的恆星,它們就會都變成白矮星。ZTF J1901+1458是後者的情形,它們的質量不夠大,所以都變成了白矮星。這2顆白矮星又在互相繞行的過程中,以發出引力波的方式逐漸失去能量,最後合併在一起,合併而成的白矮星質量比任何一顆前體恆星都大。」

天文學家認為,在白矮星的世界仍有許多問題尚待解決,例如:星系中白矮星合併的機率是多少?磁場是如何在這些強大事件中產生的?為什麼白矮星之間的磁場強度會有如此大的差異?唯有發現更多的白矮星,才能解決以上的所有問題。

該研究發表於《自然》期刊。◇