奇怪的宇宙事件 变幻莫测——亮度骤变的白矮星

白矮星及其伴星的艺术效果图。图片来自海伦娜•乌萨斯/杜伦大学

白矮星的迅速亮度转变

本周英国的天文学家宣布他们第一次看到一颗白矮星的骤变。这颗距离地球1400光年的恒星是绘架座TW，是一颗变星。但是它以前的亮度变化周期长达数天或数月。但是这一次，天文学家看到它在短短30分钟内突然变暗又变亮。究竟是什么导致了如此快速的转变？

白矮星是一种因为临近生命终点而开始坍缩的主序星（我们的太阳就是一颗主序星）。绘架座TW恒星系包含了一颗白矮星，以及一颗白矮星赖以为“食”的小伴星。白矮星会从伴星中吸取所需的物质，而正是这种物质的逐渐积累导致了白矮星亮度的改变。

由英国杜伦大学的研究者带领的科学家团队利用了一个行星搜寻卫星——来自NASA的凌日系外行星勘测卫星来进行他们的研究。来自杜伦大学的第一作者西蒙尼•斯卡林奇说：

吸积白矮星的亮度变化通常相对较慢，变化的时间跨度一般在几天到几个月不等。由此看来，在30分钟内看到绘架座TW的亮度骤降本身就很不寻常，因为类似事件从未在其他吸积白矮星中出现过，这已经完全背离了白矮星应该通过吸积盘吸取物质这一认知。这现象看起来更像是拨动了一个开关。

科学家们于2021年10月18日在同行评审期刊《自然天文》中发表了他们的研究。

白矮星亮度变化背后的力量

科学家们必须解决为什么会发生这种从亮到暗再到暗的变化的难题。物质从吸积盘到白矮星的流动是相当稳定的，本不应该引起如此剧烈的变化。科学家认为，造成亮度快速变化的罪魁祸首是白矮星磁场的重构。

他们认为当白矮星亮度的亮度“开关”置于“开启”位置时，其亮度会比较高，也会很正常地在吸积盘中吞噬物质。当白矮星突然变暗时（即亮度“开关”置于“关闭”位置时），整颗白矮星的磁场会发生改变，并最终扰乱吸积盘中的物质流。正如科学家们在其出版的报道中所解释的：磁场旋转得太快了，以至于产生了一个扰动白矮星可获取物质量的屏障（一种叫做磁力闸的过程）。

这导致了天文学家们观测到的白矮星亮度非周期性、微小地增加。一段时间以后，整个系统在偶然间又一次“打开开关”，之后白矮星的亮度又会涨回其平时的水平。

白矮星的旋转磁场担任着大门的角色。偶尔，磁场的重构会导致闸门下降，暂时切断物质流的供应，造成短暂的变暗。接着白矮星开始吞噬物质并再次发出明亮的光芒。

这张图片展示了TESS对绘架座TW的观测结果。蓝线标记了绘架座TW的明亮期，红线展示了白矮星亮度突然变暗的的短暂暗淡期。图片来自西蒙尼•斯卡林奇/杜伦大学

从白矮星到黑洞

天文学家们希望该发现能告诉他们更多关于吸积过程的信息，而黑洞和中子星也有这种活动。正如斯卡林吉所说：

这确实是一个以前没有认识到的现象，且因为我们可以与更小的中子星的类似行为相比，将有助于了解其他吸积物体吸食周围物质的过程，以及磁场在这一过程中发挥的重要作用。

来自杜伦大学的西蒙尼•斯卡林奇是本研究的第一作者。图片来自杜伦大学。

摘要：天文学家目睹了一颗白矮星在短短30分钟内的亮度骤变。这种亮度的快速变化可以让他们更多地了解吸积。

相关知识

矮星是一类体积相对较小、光度较低的恒星。大多数主序星都属于矮星。这个词发明于1906年，当时丹麦天文学家埃希纳·赫茨普龙（Ejnar Hertzsprung）注意到最红的恒星（在哈佛光谱分类中被归为K和M）可以被分为两个截然不同的组。它们要么比太阳更亮，要么更暗。为了区分，他把它们分别称为 "巨星 "和 "矮星"，矮星比较暗，而巨星则比太阳亮。目前，大多数恒星都被归于MK分类系统，使用的是字母O、B、A、F、G、K和M，这个序列从最热的O型，到最冷的M型。后来，"矮星 "一词的范围被扩大到包括以下内容：

单独出现的“矮星”一般指主序星，即亮度为V级的恒星：主序星（矮星），比如水委一（或称波江座α星，光谱型为B6Vep）。而红矮星是低质量的主序星。

黄矮星是主序（矮星）恒星，其质量与太阳相当。

橙矮星是K型主序星。

蓝矮星是一类假设的极低质量的恒星，当它们接近主序寿命的终点时温度会升高。

白矮星是由电子简并态物质组成的恒星，被认为是质量不足以塌缩成中子星或黑洞的恒星演化的最后阶段，质量小于大约9个太阳质量。黑矮星是已经充分冷却，不再发射任何可见光的白矮星最终形态。

褐矮星是一个亚恒星天体，其质量不足以将氢聚变成氦，但其质量仍足以使氘聚变——它们小于约0.08太阳质量，大于约13木星质量。

BY：Kelly Kizer Whitt

FY：Astronomical volunteer team

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