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对白矮星死亡过程的新发现,揭示了恒星衰老的另一种方式

我们都以为自己把一切都搞清楚了。当一颗一定质量的恒星停止核聚变,逐渐死亡并变成白矮星时,能让它继续发光的只有剩下的余热。最终,它会冷却到黑暗中,留下一种冰冷、死亡的晶体,即黑矮星。

我们认为宇宙的年龄还不够大,这样的过程还没有完全完成,所以我们还不能确认它。现在看来,我们可能错了:天文学家发现了白矮星上氢气仍在稳定燃烧的证据。尽管是在表面,而不是在核心。

这表明,这些残余恒星核的衰老和死亡速度可能比我们想象的要慢得多,通过燃烧富含氢的外层包裹物来推迟它们的最终死亡。

新博平台在线登录天文学家表示:“我们已经发现了第一个观测证据,白矮星仍然可以进行稳定的热核活动。这很令人惊讶,因为这与人们普遍认为的不一致。”

白矮星是低质量恒星进化的晚期阶段,这些恒星的质量大约是太阳的8倍。当这些恒星的主序寿命结束时,不再能够聚变核心中的氢时,它们就会喷射出它们的外层物质。

新博平台在线登录剩下的核心,不再受到核聚变向外压力的支撑,坍缩成一个超致密的物体。这是白矮星,它的最大质量大约是太阳质量的1.4倍。

这些白矮星非常热。宇宙大约已经有了138亿年的历史;根据模型,白矮星完全冷却所需的时间则要长得多。但是我们对这个过程非常感兴趣。天文学家预测,宇宙中大约97%的恒星,包括太阳,都将以这种方式结束生命。因此,了解白矮星是如何演化的将有助于预测宇宙的终结。

天文学家已经计算出了白矮星冷却的速度,这意味着,如果我们知道白矮星的质量和温度,我们就应该能够算出它的年龄。这可以作为一种工具来估计星团的年龄,在这些星团中可以找到白矮星的种群。

新博平台在线登录我们还可以观察多个星团,以了解白矮星的不同演化阶段,并进行比较。天文学家团队正在使用哈勃太空望远镜的广角相机 3 研究两个星团中的白矮星,这两个星团被命名为 M3 和 M13。

上图:M13 武仙座大球状星团。

新博平台在线登录这两个星团很有趣,因为其中的恒星具有相似的金属丰度(即比氦重的元素的丰度)。在几代恒星来来去去之前,这种元素在宇宙中并不丰富,当恒星消亡时,它们的核心融合了元素,并将这些元素释放到宇宙中。这意味着这些元素的丰度,可以用来粗略地确定恒星的年龄。

新博平台在线登录M3 和 M13 中的恒星正处于被称为“水平分支”的演化阶段。这是在一颗太阳质量的恒星耗尽了内核中用于聚变的氢之后发生的。它已经经过了红巨星阶段,在这个阶段,它剥去了外层包裹层,现在正在聚变氦。

两个星团中恒星的相似金属丰度,意味着恒星的年龄应该大致相同。但 M13 中的一些恒星比 M3 中的恒星燃烧得更热,这表明它们的冷却方式可能不同。通过近紫外观测,研究人员仔细观察了两个星团中的700多颗白矮星,以了解它们之间可能产生的差异。

M3 中的白矮星在这个过程中相当不错,这也正是在冷却超密度恒星核心时我们所期望看到的。 然而,M13 中的白矮星有两种类型:正常的和保留富氢包层的。

恒星演化的计算机模拟表明,这些恒星(约占 M13 恒星的 70%)正在它们的外层燃烧氢。 这使得它们在更长的时间内保持更高的温度,这最终意味着它们的衰老速度与只散发余热的白矮星不同。

上图:外层燃烧氢的白矮星。

这可是一个大问题!因为,如果它们属于这种燃烧氢气的种类,这就意味着我们对白矮星年龄估计,可能会相差多达10亿年。

而且,还有一个观测到的例子也在为此提供佐证。天文学家在2019年发现了一种不同类型的白矮星异常炎热,足以将冷却时间推迟80亿年。当然,这个特例还有待解释,但结合这个发现,它确实表明我们并不完全了解这个阶段的恒星生命。

主持此项研究的天文学家认为,他们的发现挑战了白矮星的定义,因为他们考虑了恒星变老方式的新视角。下一步,天文学家正在研究类似于 M13 的其他星团,以进一步限制驱动恒星保持薄氢包层的条件,这使得它们能够缓慢老化。

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