研究发现一颗白矮星进入结晶期成宇宙钻石

白矮星示意图。（Shutterstock）

对我们来说，星星就像切割过的珠宝，在天鹅绒般的夜空中闪烁。然而，对一些特殊的恒星来说，它们可能真的是钻石。

当某种类型的星星死后，尸体会冷却变硬甚或结晶。天文学家在我们宇宙的后院就发现了一颗正处于这种状态的白矮星（White Dwarf）。这颗白矮星主要由碳元素和金属态的氧元素组成，距离地球仅104 光年，其温度与质量分布表明它的中心正变得致密、坚硬、成为一颗真正的“宇宙钻石”。

该研究论文已被王家天文学会月刊（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）接受发表，并于6月5日上传预印本网站 arXiv。

“在这项工作中，我们展示了在32秒差距（1秒差距约为3.26光年）处发现的一个新的类天狼星的四星系统，该系统由一颗结晶白矮星和三重HD 190412恒星组成，”澳洲南昆士兰大学的亚历山大·文纳（Alexander Venner）领导的国际天文学家团队这样写道。

“由于它与这些主序伴星的关联，这是第一颗其年龄可以被外部条件所限制的结晶白矮星，我们利用了这一点来测量由白矮星核心结晶引起的冷却延迟”。

矮星的形成过程

宇宙中的所有事物都在变化中。悬在天空中的每一颗恒星，都因原子聚变产生的光芒而熠熠生辉，总有一天会耗尽其燃料，进而演化成新的东西。

对于绝大多数恒星来说，即质量低于8倍太阳的恒星，包括太阳本身，终将变成一颗白矮星。

当燃料耗尽时，恒星的外层物质被抛入周围空间，剩下的核心不再由聚变提供的向外压力所支撑，将坍缩成一个超致密物体，质量大约1.4倍太阳，而大小却只有地球或甚至月球那么大！

白矮星中的物质被高度压缩，但一种叫做电子简并压力的东西阻止了它的进一步坍缩。没有两个电子可以占据相同的状态，这使得白矮星不会变得更致密，就像中子星或黑洞那样。

白矮星虽然暗淡无光，但仍会因余热而发光。随着时间的推移，它会冷却，并且当其失去所有热量并变成结晶碳时，预计会演化成一种叫做黑矮星的冰冷天体。

计算表明，这个过程需要很长时间，大约一千万亿年；由于宇宙只有大约138亿年的年龄，我们预计不会很快找到这种黑矮星。

寻找结晶白矮星

不过，我们能做的是识别白矮星从核心处开始结晶的迹象。

在结晶过程中，白矮星内部的碳和氧原子停止自由移动并彼此连结，排列成晶格。在此过程中会释放能量，以热量的形式消散。

这会产生一种白矮星冷却的平稳期或减慢期，这可以从恒星的颜色和亮度中观察到，使它看起来比实际年龄更年轻。

为了准确测量一颗恒星的亮度，就需要精确地知道它的距离，近年来，由于盖亚（Gaia）任务所进行的高精度恒星测绘，这一切变得更加可能。

这意味着我们现在可以更有信心地识别结晶白矮星。

文纳及其同事正在使用Gaia数据来搜索多个恒星系统，方法是识别与其它恒星的关联尚不明确的恒星。

他们最近发现一颗白矮星（记住：这些东西非常暗淡）与被认为由三颗恒星组成的系统HD 190412通过引力紧密相连。

这颗被命名为HD 190412 C的白矮星使三恒星系统变成了四恒星系统，更重要的是，其特性表明它正在经历结晶过程。

该系统中的其它三颗恒星让团队能从外部限制白矮星的年龄，这是以前对已知的结晶白矮星从未做过的事情。

研究发现，该系统的年龄约为73亿年，而其中白矮星的年龄约为42亿年。研究人员说，这个差异是 31 亿年，这表明结晶使白矮星的冷却速度减慢了大约10亿年。

就其本身而言，这种年龄推测并不足以改变白矮星的结晶模型，但这一发现及其与地球的较近距离表明，宇宙中可能存在更多这样的系统，我们可以利用它们来对这一迷人的过程进行基准测试。

研究人员写道：“我们认为，这个系统到地球的距离仅为32秒差距，这表明含有结晶白矮星的类似于天狼星的系统可能还很多。因此，未来的发现可能会允许对白矮星结晶模型进行更强有力的测试。”

“我们得出结论，HD 190412系统的发现为理解结晶白矮星开辟了一条新途径。”