恒星墓地的秘密：天文学家解开白矮星表面意料之外出现重金属的秘密

恒星墓地的秘密：天文学家解开白矮星表面意料之外出现重金属的秘密尽管这些恒星残骸非常普遍，但其化学构成多年来一直是天文学家的一个难题。在这些紧凑的天体中，许多天体的表面都存在重金属元素，如硅、镁和钙，这一令人费解的发现打破了我们对恒星行为的预期。"我们知道，如果这些重金属存在于白矮星的表面，那么白矮星的密度足够大，这些重金属应该会很快沉向核心，"JILA研究生秋叶达也解释说。"所以，你不应该在白矮星表面看到任何金属，除非白矮星正在主动吃掉什么东西。"虽然白矮星可以吞噬附近的各种天体，如彗星或小行星（被称为planetesimals），但这一过程的复杂性仍有待充分探索。不过，这种行为可能是揭开白矮星金属成分之谜的关键，有可能带来有关白矮星动力学的激动人心的启示。围绕白矮星运行的小行星轨道最初，每颗行星都有一个圆形的顺行轨道。踢脚形成一个偏心碎片盘，其中有顺行轨道（蓝色）和逆行轨道（橙色）。资料来源：StevenBurrows/MadiganGroup/JILA在《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysicalJournalLetters）上发表的一篇新论文中，秋叶与JILA研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学教授安-玛丽-马迪根（Ann-MarieMadigan）和本科生塞拉-麦金太尔（SelahMcIntyre）一起，认为他们找到了这些恒星僵尸吞噬附近行星的原因。研究人员利用计算机模拟了白矮星在形成过程中因非对称质量损失而受到的"产婆踢"（已被观测到），从而改变了白矮星的运动和周围物质的动态。在80%的测试运行中，研究人员观察到，从踢脚开始，白矮星30至240AU范围内（相当于太阳与海王星的距离及以上）的彗星和小行星的轨道变得拉长和排列整齐。此外，在随后被吃掉的行星小行星中，约有40%来自逆向旋转（逆行）轨道。研究人员还扩大了模拟范围，研究了白矮星在一亿年后的动态变化。他们发现，白矮星附近的类星体仍然具有拉长的轨道，并作为一个连贯的单元运动，这是以前从未见过的结果。"这是我认为我们理论的独特之处：我们可以解释为什么吸积事件如此持久，"马迪根说。"虽然其他机制可以解释最初的吸积事件，但我们用踢脚模拟的结果表明，为什么数亿年后吸积事件仍然会发生。"这些结果解释了为什么重金属会出现在白矮星的表面，因为白矮星会不断吞噬其路径上的较小天体。马迪根在JILA的研究小组主要研究引力动力学，因此研究白矮星周围的引力似乎是一个自然而然的研究重点。"模拟可以帮助我们了解不同天体的动态，"秋叶说。"因此，在这个模拟中，我们把一堆小行星和彗星扔到大得多的白矮星周围，看看模拟是如何演变的，以及白矮星吃掉了哪些小行星和彗星。"研究人员希望在未来的项目中将他们的模拟扩展到更大的规模，研究白矮星如何与更大的行星相互作用。正如秋叶所阐述的："其他研究表明，小行星和彗星这些小天体可能不是白矮星表面金属污染的唯一来源。因此，白矮星可能会吃掉更大的东西，比如行星。"这些新发现进一步揭示了有关白矮星形成的更多信息，这对于了解太阳系如何在数百万年中发生变化非常重要。它们还有助于揭示太阳系的起源和未来演化，揭示更多有关化学的知识。马迪根说："宇宙中绝大多数行星最终都会围绕白矮星运行。这些系统中可能有50%会被恒星吞噬，包括我们自己的太阳系。现在，我们有了一种机制来解释为什么会发生这种情况。行星碎片可以让我们深入了解太阳系以外的其他太阳系和行星构成。白矮星不仅仅是一个了解过去的透镜。它们也是洞察未来的透镜。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429877.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429877.htm

地球附近的白矮星周围发现100亿年前的类地行星遗迹

地球附近的白矮星周围发现100亿年前的类地行星遗迹当大多数恒星，包括我们的太阳用完了可以燃烧的氢，它们就会膨胀成红巨星，然后最终脱落外层，留下一个密集的核心，被称为白矮星。任何可能围绕原恒星运行的行星都很难在这一过程中存活下来，它们的残余物可以被检测到落入并"污染"白矮星。在一项新的研究中，天文学家检查了两颗奇怪的白矮星的数据，包括一颗异常蓝色的白矮星和另一颗比大多数白矮星更暗和更红的白矮星。研究这些恒星的光线可以揭示它们的年龄，以及它们的大气层中燃烧着什么元素，进而可以揭示它们曾经承载的行星的构成和类型。被称为WDJ1922+0233的蓝色白矮星被发现形成于大约90亿年前，这意味着它的行星在那之前就存在并面临着它们的启示。这颗恒星的光线显示，行星碎片的成分类似于地球的大陆地壳。这颗较红的白矮星被称为WDJ2147-4035，离我们只有90光年，被发现有大约107亿年的历史，大约在102亿年前成为一颗白矮星。它的光分析显示，它的行星碎片中含有奇怪的元素组合，包括钠、锂和钾。它也是迄今为止探测到的最冷的白矮星，其表面温度仅为2777℃（5030°F）。这项研究的主要作者AbbigailElms说："红巨星WDJ2147-4035是一个谜，因为吸积的行星碎片非常富含锂和钾，与我们太阳系中已知的任何东西都不同。这是一颗非常有趣的白矮星，因为它较低的表面温度，污染它的金属，它的老龄化，以及它具有磁性的事实，使得它非常罕见。"该团队说，这是我们银河系中已知的围绕白矮星的最古老的行星系统。作为参考，这两颗白矮星的年龄都是我们自己太阳系的两倍以上。这项研究发表在《皇家天文学会月刊》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332103.htm

天文学家发现银河系中最古老的行星碎片 被摧毁的星系残留物

天文学家发现银河系中最古老的行星碎片被摧毁的星系残留物艺术家对老白矮星WDJ2147-4035和WDJ1922+0233的印象，它们被轨道上的行星碎片所包围，这些碎片将吸附在恒星上，污染它们的大气。WDJ2147-4035是极其红色和暗淡的，而WDJ1922+0233是异常的蓝色。资料来源：华威大学/MarkGarlick博士大多数恒星，包括像我们太阳这样的恒星最终会变成白矮星。白矮星是一颗已经用完所有燃料的恒星，失去了它的外层，现在正经历着一个收缩和冷却的过程。在这个过程中，任何在轨道上的行星都会被打乱，在某些情况下，还会被摧毁，而它们的碎片会被留下来，吸附在白矮星的表面。为了进行这项研究，天文学家团队对欧洲航天局GAIA空间观测站探测到的两颗不寻常的白矮星进行了建模。这两颗恒星都受到了行星碎片的污染。其中一颗被发现为异常的蓝色，而另一颗则是迄今为止在本地银河系附近发现的最暗和最红的。两者都接受了科学家团队的进一步分析。天文学家们利用来自GAIA、暗能量调查和欧洲南方天文台的X-Shooter仪器的光谱和测光数据来计算这些恒星已经冷却了多长时间。他们发现"红色"恒星WDJ2147-4035的年龄约为107亿年，其中102亿年是作为白矮星冷却的时间。光谱学涉及分析来自恒星的不同波长的光。这可以检测出恒星大气中的元素何时吸收不同颜色的光，并帮助确定这些元素是什么，以及存在多少。通过分析WDJ2147-4035的光谱，研究小组发现了金属钠、锂和钾的存在，并初步探测到了碳在该恒星上的增殖--这使得该恒星成为迄今为止发现的最古老的金属污染的白矮星。第二颗"蓝色"恒星WDJ1922+0233只比WDJ2147-4035略微年轻，被成分类似于地球大陆地壳的行星碎片所污染。科学小组得出结论，尽管WDJ1922+0233的表面温度很低，但它的蓝色是由其不寻常的氦氢混合大气造成的。在红星WDJ2147-4035原本几乎是纯氦和高重力的大气中发现的碎片来自一个古老的行星系统，它在该星演化为白矮星的过程中幸存下来，这使得天文学家们得出结论，这是银河系中发现的围绕白矮星的最古老的行星系统。主要作者、华威大学物理系博士生阿比盖尔·埃尔姆斯说。"这些被金属污染的恒星表明，地球并不是唯一的，还有其他行星系统，其行星体与地球相似。97%的恒星都会变成白矮星，它们在宇宙中无处不在，所以了解它们非常重要，尤其是这些极冷的恒星。冷白矮星由我们银河系中最古老的恒星形成，它提供了关于银河系中最古老的恒星周围行星系统的形成和演变的信息。""我们正在发现银河系中最古老的恒星残骸，它们被曾经的类地行星所污染。想到这发生在100亿年的规模上，而且这些行星在地球形成之前就已经死亡，这真是令人惊讶。"天文学家还可以利用恒星的光谱来确定这些金属沉入恒星核心的速度，这使他们能够回顾过去，确定这些金属中的每一种在最初的行星体中的丰度。通过将这些丰度与在我们自己的太阳系中发现的天体和行星材料进行比较，我们可以猜测在恒星死亡并成为白矮星之前，这些行星会是什么样子--但在WDJ2147-4035的案例中，这已被证明是一种挑战。阿比盖尔解释说。"红星WDJ2147-4035是一个谜，因为吸积的行星碎片非常富含锂和钾，与我们自己的太阳系中已知的任何东西都不同。这是一颗非常有趣的白矮星，因为它的超冷表面温度、污染它的金属、它的老龄化，以及它具有磁性的事实，使它变得极为罕见"。华威大学物理系的Pier-EmmanuelTremblay教授说。"当这些古老的恒星在100多亿年前形成时，宇宙的金属含量没有现在这么丰富，因为金属是在进化的恒星和巨大的恒星爆炸中形成。这两颗被观测到的白矮星为行星的形成提供了一个令人兴奋的窗口，在一个金属贫乏和气体丰富的环境中，与太阳系形成时的条件不同。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332289.htm

研究人员利用SOFIA天文台数据揭示了一个被摧毁的行星系统

研究人员利用SOFIA天文台数据揭示了一个被摧毁的行星系统WD2226-210的光谱能量分布叠加在哈勃太空望远镜的螺旋星云图像上。该图结合了光学、红外和毫米级光度计，Spitzer中红外光谱，以及来自WISE、Spitzer、SOFIA、Herschel和ALMA的上限。白矮星光球的模型（实心）和红外过量显示了与数据探测（圆圈）和上限（三角形）的良好拟合。螺旋状星云。资料来源：NOIRLab；SED资料来源：J.P.Marshall。在最近发表在《天文学杂志》上的一篇论文中，研究人员利用来自平流层红外天文台（SOFIA）和阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）的新数据，以及来自斯皮策太空望远镜和赫歇尔太空观测站的档案数据来研究螺旋状星云。这些观测为这些行星残骸的命运提供了一个潜在的解释。消除的过程和破坏性的起源螺旋星云是一个古老的行星状星云--在其主序生命结束后，从其宿主恒星中喷射出来的膨胀、发光的气体。这个星云的中心有一颗非常年轻的白矮星，但是这个中心白矮星很特别。它发出的红外辐射比预期的要多。为了回答这种多余的辐射来自哪里的问题，天文学家们首先确定了它不可能来自哪里。行星体之间的碰撞--由恒星周围的行星系统产生时留下的宇宙尘埃形成的小型固体物体可以产生这种类型的多余辐射，但是SOFIA和ALMA未能看到这种物体存在所需的大型尘埃颗粒，排除了一种选择。天文学家们也没有发现任何一氧化碳或一氧化硅分子的特征，这些气体盘可能围绕着像螺旋星云这样的天体之前的进化中的后主序恒星系统，排除了另一种潜在的解释。不同的证据对发射源的大小、结构和轨道有严格的限制，并最终共同确定了同一个罪魁祸首：尘埃--来自在星云形成过程中被摧毁的成熟的行星--返回到其内部区域。论文第一作者、台湾中央研究院研究员乔纳森-马歇尔说："在拼凑过量发射的大小和形状，以及这些属性对白矮星环境中的尘埃颗粒的推断时，我们得出结论，一个被破坏的行星系统是对螺旋星云的红外过量是如何产生和维持这一问题的最佳解决方案。"一旦他们意识到前行星系统的残余物是红外辐射的起源，他们就计算出需要有多少颗粒返回螺旋星云的中心来解释这种辐射：保守地说，在行星星云10万年的寿命中，大约有5亿颗粒。SOFIA天文台在其中所起的作用SOFIA的能力正好落在了之前的Spitzer和Herschel观测之间的空白处，使该小组能够了解尘埃的形状和亮度，并提高了对其扩散范围的分辨率。马歇尔说："这个缺口就在我们预计尘埃排放达到峰值的地方。"确定尘埃发射的形状对于约束产生该发射的尘埃颗粒的属性至关重要，所以SOFIA的观测有助于完善我们的理解。"尽管研究人员没有计划对螺旋星云进行任何特别的后续观测，但这项研究是一项更大的努力中的一部分，即利用观测来了解一旦行星系统进化到主序之后会发生什么。该小组希望使用类似的技术来研究其他晚期的恒星。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361649.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361649.htm

毁灭世界的恒星在大杀四方后被发现有一道奇特的金属疤痕

毁灭世界的恒星在大杀四方后被发现有一道奇特的金属疤痕艺术家印象中的白矮星，其金属"疤痕"（极点附近的黑斑）是由行星和小行星的毁灭造成的ESO/L.卡尔卡达这颗白矮星被命名为WD0816-310，乍一听感觉像是天文学命名过程中缺乏创意的典型例子，但如果我们想紧扣主题的话，它听起来又有点像监狱囚犯的编号。恰如其分的是，这颗濒临死亡的恒星在其暴力的过去留下了一道独特的伤疤。白矮星诞生于混沌之中--当一颗具有一定质量的恒星耗尽其燃料供应时，它会被自身的废物窒息并向外爆裂，留下一个致密的内核，然后经过数万亿年冷却到宇宙的背景温度。而这通常会给任何可能围绕原恒星运行的行星带来灭顶之灾，它们的碎屑最终会倾泻到白矮星上。天文学家以前曾在白矮星上发现过这些被毁坏的世界的金属特征，但通常它们都很均匀地覆盖了整个表面。但WD0816-310以某种方式把所有的金属都聚集到了一个地方，就像一个伤疤一样，这是前所未见的。当天文学家使用甚大望远镜时发现，随着白矮星的旋转，金属特征也在发生变化，这表明白矮星的某一位置聚集了更多的金属。有趣的是，这些变化与磁场的变化同步，这意味着疤痕位于白矮星的一个磁极。这表明，落向表面的行星物质被磁场引导到磁极，然后被固定在那里。研究报告的共同作者杰伊-法里希说："我们的研究工作已经证明，这些金属来自与灶神星一样大或可能比灶神星更大的行星碎片，灶神星直径约500公里（310英里），是太阳系中第二大的小行星。"这项研究发表在《天体物理学杂志通讯》上。下面的视频介绍了这一发现。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421163.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421163.htm

NASA送回地球的小行星样本可能包含揭示太阳系起源的线索

NASA送回地球的小行星样本可能包含揭示太阳系起源的线索2023年9月24日星期日，美国国防部犹他州测试和训练场，美国宇航局OSIRIS-REx任务的样本返回舱在沙漠中着陆后不久。该样本由美国宇航局的OSIRIS-REx航天器于2020年10月从小行星贝努采集。图片来源：NASA/KeeganBarber这是美国国家航空航天局（NASA）首次执行前往小行星并将小行星样本送回地球的任务。该任务于2016年发射，目标是贝努，这是一颗"近地"小行星，被认为是在太阳系最初的1000万年中形成的。这颗小行星主要由碳和矿物质组成，自形成以来没有发生过大的变化。因此，从其表面采集的样本可以提供宝贵的线索，说明最初形成早期太阳系的矿物和材料的种类。2023年9月24日星期日，美国国防部犹他州测试和训练场，美国宇航局OSIRIS-REx任务的样本返回舱在沙漠中着陆后不久。该样本由美国宇航局的OSIRIS-REx航天器于2020年10月从小行星贝努采集。图片来源：NASA/KeeganBarberOSIRIS-REx历时两年多到达贝努，然后又花了两年时间绕行并测量其表面，寻找可以采集样本的位置。在飞船搭载的一系列仪器中，有一个由麻省理工学院学生设计的实验--REXIS（RegolithX-rayImagingSpectrometer）。这个鞋盒大小的仪器是100多名麻省理工学院学生的杰作，他们设计这个仪器的目的是用X射线绘制小行星表面物质的地图，以帮助确定航天器应该在哪里取样。REXIS是麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）、麻省理工学院航空航天系（AeroAstro）、哈佛学院天文台、麻省理工学院卡弗里天体物理学和空间研究所以及麻省理工学院林肯实验室的一个联合项目。9月24日，OSIRIS-REx释放了太空舱，使其穿过地球大气层，航天器本身则踏上了前往小行星阿波菲斯的新航道。太空舱已被运往休斯顿的约翰逊航天中心，在那里将对贝努的尘埃进行化验，并分发给世界各地的研究人员作进一步研究。样本的成功返回对于任务成员来说是一个巨大的里程碑，其中包括麻省理工学院的理查德-宾泽尔（RichardBinzel），他是小行星研究领域的顶尖专家，也是EAPS和AeroAstro的终身教授。作为OSIRIS-REX的共同研究员，Binzel帮助领导了REXIS的开发及其与航天器的集成。《麻省理工新闻》采访了Binzel，了解他在太空舱着陆和回收后的第一反应，以及他希望我们能从小行星的尘埃中学到什么。问：首先：真是一次着陆！作为一个从远处深入研究小行星的人，看到这颗小行星的样本被送回地球，你有什么感觉？答：我和其他人一样屏住了呼吸！降落伞的打开让人深吸一口气，而软着陆则是整个团队喜悦的释放。你和这些人一起工作了这么久，你们就像一家人一样，所以你会一起感受到一切。就像看着自己的孩子完成平衡木的动作，然后稳稳落地一样。虽然我不在着陆点，但我们中的很多人都在网上"一起"观看时间线和所有程序。从我们用望远镜发现贝努是一个科学价值丰富且容易接近的采样目标开始，到任务设计的不断变化，这二十多年来的旅程是多么漫长啊。麻省理工学院学生对REXIS仪器的参与始于2010年。历时六年才到达发射台，而现在，我们终于看到任务圆满完成，将样本送回地球。问：OSIRIS-REX上的仪器在轨道上对小行星进行了测量。这些太空测量揭示了小行星的哪些情况？现在样本已经送回地球，你希望科学家们还能发现什么？答：航天器上的仪器无论技术多么先进，都无法达到地球上实验室的能力。我们搭载在OSIRIS-REX上的仪器告诉我们，贝努富含碳元素，很可能含有一些最早的化学记录，这些记录记录了构成地球甚至生命本身的成分。但是，我们怎么知道航天器仪器在表面上空飞行时进行的测量所揭示的内容以及我们如何解读这些数据是完全正确的呢？我们只能通过将实际样本带入地球实验室来确保"地面实况"。对这些样本进行实验室分析，确认我们的初步发现，将验证我们解读来自望远镜和轨道航天器的小行星数据的能力。然后，实验室分析将带领我们更深入地了解我们自己的行星系是如何形成的化学、条件和过程。问：让我们向所有帮助将仪器搭载到任务中的学生们致敬。展望未来，这个小行星样本--以及飞船继续飞行的轨迹--与麻省理工学院的工作有什么关系？答：这提醒我们，在麻省理工学院，我们的工作是无限的。麻省理工学院的REXIS仪器代表了麻省理工学院的座右铭"mensetmanus"（"心灵与双手"），它延伸到了数亿英里之外的太空中，使用的是学生们设计和制造的实际硬件，比以前任何其他麻省理工学院的学生项目都飞得更远。能让这么多学生参与其中，学习和体验太空探索成功所需的艰苦工作、团队合作和奉献精神，我感到非常荣幸。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387595.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387595.htm