兩顆不尋常的白矮星被發現，二元系統如何解答宇宙奧秘？

作者：文/虞子期

從人類的日常時間概念來看，天空中的那些恆星似乎處於永恆不變的狀態，但若將其置於宇宙的時間尺度之上，那麼它們中的大部分最終都將演變為白矮星。這是所有中低質量恆星的最後一次進化，並且，這也是一顆恆星生命周期中可觀測到的最後一個階段。不管它們曾經多麼閃耀，最終都是以暗淡無光的「恆星屍體」，散落在銀河系的各個位置。科學家們觀察到了兩顆白矮星繞著彼此快速旋轉，並將它們稱為ZTF J1539 5027，該二元系統中兩個不尋常白矮星被發現，它們最終是否會合併？而二元系統的引力波，又是如何解答宇宙奧秘的？

兩顆不尋常的白矮星被Zwicky發現

這兩顆被發現的白矮星明亮而奇怪，兩顆處於死亡狀態的星球，迅速的繞著另一顆星球旋轉，並且每隔七分鐘就會掠過另一顆。它們還具有一種特殊的閃爍模式，而這種模式正是由這一對白矮星所創造出來的。ZTF J1539 5027中的一顆白矮星相對較小、且比另一顆看上去更明亮，它們和地球的大小大致相當，彼此軌道運行，這也是迄今為止科學家們觀測到的軌道第二快的白矮星，以及最快的二元系統。當較大、較冷的恆星在較小、較熱的恆星前方經過，較小恆星的星光會被阻擋，從我們的角度來看，其中的一個物體呈現出黯然失色的狀態，而對於觀測該系統的天文科學家而言，在它們的軌道遮蔽期間，這對天體似乎從視線中消失了大約30秒。

而位於這樣的二元系統中的兩顆白矮星最終是否會合併，成為了科學家們接下來關注的焦點。它們的最終結局是其中一顆白矮星消耗掉另一顆白矮星，還是它們會在兩顆白矮星的軌道中相互殘留！參與研究的科學家Burdge表示，通過這兩顆白矮星所發出的引力波來看，它們可能會在大約20萬年的時間之後發生合併。但其中卻充滿了一些不定因素，因為當時間過去大約十萬年之後，其中那顆較小的白矮星，就可能會開始將自身的物質傾倒在較大的那顆白矮星上，而這樣的事件一旦發生，該過程就會防止其軌道進一步縮小、並趨於穩定的狀態。

星球的類型在生命周期中如何變化

眾所周知，宇宙中的星球有不同的類型，而在大多數星球的生命周期中，它們都會在這個過程中改變自己的類型，而恆星在其一生中如何進化，主要是取決於它們的質量。比如，目前我們的太陽是G型黃色主序星，但遙遠的將來，太陽也將耗盡氫氣離開主序，然後成為一顆紅巨星。在接下去的時間裡，它還將爆炸成新星之後，恆星將它的外層變成了一個行星狀星雲的環，留下的核心將是一顆白矮星，一顆沒有氫融合的恆星的外殼。如紅矮星一樣的較小的恆星，則不會進入紅巨星狀態。它們只是燃燒了所有的氫，結束了這個過程，成為一個昏暗的白矮星。因為紅矮星需要數萬億年的時間來消耗它們的燃料，而這個時間遠遠超過大約138億年前的宇宙年齡，所以還沒有紅矮星成為白矮星。而最大質量的恆星，如果達到太陽質量的八倍或更多，那麼，它永遠都不會變成白矮星。

許多白矮星在逐漸消失之後，最終會散發出所有的能量成為黑矮星，當白矮星是二元系統的一部分，它可能會將物質從其伴星中拉到自身表面。在一般情況下，白矮星會從同伴身上拉出足夠的物質，在新星中爆炸。而當白矮星的質量增加，便可能會得到一些有趣的結果了。其中的一種可能是這樣，增加的質量導致它坍縮，成為更密集的中子星。而另一種更具爆炸性的結果是1a型超新星，當白矮星從伴星中拉出物質而引發溫度升高，並最終導致失控在一個破壞白矮星的猛烈超新星中引爆，這個過程被稱為1a型超新星的「單簡併模型」。如果它的同伴不是不是活躍的恆星，而是另一個白矮星而，那麼這兩個恆星屍體會合併在一起，這個過程則被稱為1a型超新星的「雙簡併模型」。

二元系統的引力波可解答宇宙奧秘

在科學家們看到的眾多二元系統中，一般情況下都是其中一顆白矮星，消耗其軌道的其他夥伴，很少發現ZTF J1530 5027這樣的系統。並且，在很多方面，該二元系統都是獨一無二的存在。至於它為何具有如此特殊的屬性，研究人員只找到了其中的一部分原因。比如，較小且明亮的白矮星是非常熱的，它的溫度達到了大約49982攝氏度，這樣的溫度值比太陽還要高出10倍。這種極端的溫度會讓白矮星變得更加明亮，而它的軌道也會因此變得更深。正是因為該系統的特殊性，才使它更容易被挑選出來。在我們的銀河系中，科學家們將發現成千上萬這樣的二元系統，雖然到目前為止我們只知道一些。

而這個二元系統由於其黯然失色的性質，所以成為了最具特色的系統之一，科學家們將通過研究這對白矮星的引力波，以辨別它們與地球的之間距離，也將有更多的機會研究引力波，這些都有助於解決宇宙的一些奧秘。 當任何有質量的物體移動時，它都會產生以光速傳播的引力波，沿途拉伸和擠壓時空，包括這種處於二元系統中的雙星系統。這兩個物體的相互作用旋轉了時空，產生了理論上可以用強大的儀器測量的漣漪，並從源頭向外傳播。引力波與重力波不同，重力波是行星大氣中由於風吹過地球表面地質特徵，而產生的漣漪，當對象越大，該對象使時空扭曲的越多。與此同時，引力波還幫助解答了， 關於物質和黑洞性質的重大問題。

長期以來，研究人員一直懷疑被稱為宇宙弦的無限密集、無限薄的環可能存在。例如，黑洞的心是無限密集的，無限小的點被稱為奇點。如果宇宙弦是真實的，我們可便可能在很大的能量範圍內探測到它們的引力波；科學家長期以來一直認為可能存在大爆炸後不到一秒鐘出生的黑洞，即原始黑洞，雖然這種黑洞的質量，只跟小行星或行星的質量一般大小。如果我們看到來自某物的引力波達到太陽質量的一半，那麼就只有原始的黑洞。找出是否存在黑洞替代方案的一種方法，便是分析科學家目前認為合併黑洞所釋放的引力波。當黑洞呈現出彼此螺旋形時，它們應該各自發出引力波，但是它們的事件視界應該吸收直接落在它們上面的部分。然而，由於黑洞替代品缺乏事件視界，它們可以反射引力波，而科學家們就可以通過引力波觀測台探測到這些「回波」。

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