白矮星是最常見的恒星化石，它們是恒星演化的最終階段之一。當(dāng)恒星耗盡了核燃料，就會(huì)變成一顆白矮星。白矮星的質(zhì)量大約等于太陽的質(zhì)量，但是體積卻和地球相當(dāng)，因此密度非常高。
當(dāng)白矮星和另一顆恒星組成雙星系統(tǒng)時(shí)，它們就可以展現(xiàn)出不同的物理現(xiàn)象和演化過程。例如，如果白矮星從伴星上吸積物質(zhì)，導(dǎo)致它質(zhì)量超過錢德拉塞卡極限，就會(huì)形成 1a 型超新星。如果兩顆白矮星相互靠近，就可能發(fā)生并合并且向外輻射引力波。
在 2023 年 6 月，一組國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《自然?天文學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇論文，報(bào)道了一顆非常特殊的白矮星雙星系統(tǒng)：J191213.72-441045.1（以下簡稱 J1912-4410）。這個(gè)系統(tǒng)由一顆 M 型矮星和一顆快速旋轉(zhuǎn)的白矮星組成，它們的軌道周期是 4.03 小時(shí)。更令人驚訝的是，這個(gè)系統(tǒng)在從無線電到 X 射線的廣泛波段上都發(fā)出了 5.30 分鐘周期的脈沖信號(hào)。
這種脈沖信號(hào)非常罕見，目前只有另一個(gè)已知的例子：AR Scorpii（以下簡稱 AR Sco）。AR Sco 也是由一顆 M 型矮星和一顆快速旋轉(zhuǎn)的白矮星組成，它們的軌道周期是 3.56 小時(shí)。它在從無線電到 X 射線的廣泛波段上都發(fā)出了 1.97 分鐘周期的脈沖信號(hào)。由于這種脈沖信號(hào)類似于中子星脈沖星（pulsar）的信號(hào)，AR Sco 被稱為白矮星脈沖星。
白矮星脈沖星是什么？它們是如何產(chǎn)生脈沖信號(hào)的？它們又是如何形成和演化的？這些問題都是天文學(xué)家目前正在探索和解答的難題。J1912-4410 的發(fā)現(xiàn)為這些問題提供了新的線索和證據(jù)。
首先，J1912-4410 證實(shí)了白矮星脈沖星不是個(gè)例，而是一個(gè)類別。這意味著在銀河系中可能還存在其他類似的系統(tǒng)，只是還沒有被發(fā)現(xiàn)或者識(shí)別出來。這也意味著白矮星脈沖星的形成和演化過程不是偶然的，而是有一定的規(guī)律和機(jī)制的。
其次，J1912-4410 為白矮星脈沖星的脈沖機(jī)制提供了新的約束和測試。目前，關(guān)于白矮星脈沖星的脈沖機(jī)制有幾種不同的假設(shè)，包括 M 型矮星的日冕環(huán)、白矮星的磁層 、白矮星相關(guān)的弓形激波等。這些假設(shè)都需要解釋為什么白矮星脈沖星的脈沖周期是兩顆恒星的自轉(zhuǎn)周期和軌道周期之間的差頻。
雙星之間的相互作用在脈沖機(jī)制中起到了重要的作用。J1912-4410 和 AR Sco 的脈沖周期和軌道周期之間有一個(gè)相似的比例關(guān)系，這可能暗示了一種普遍的物理機(jī)制。同時(shí)，J1912-4410 和 AR Sco 在不同波段上的脈沖信號(hào)有一些差異，這可能反映了不同系統(tǒng)參數(shù)（如磁場強(qiáng)度、自轉(zhuǎn)速度、軌道傾角等）對(duì)脈沖信號(hào)的影響。
最后，J1912-4410 為白矮星脈沖星的形成和演化模型提供了新的支持和驗(yàn)證。要形成白矮星脈沖星，需要滿足兩個(gè)條件：一是白矮星要有很強(qiáng)的磁場，二是白矮星要有很快的自轉(zhuǎn)速度，這兩個(gè)條件都不容易實(shí)現(xiàn)。
白矮星的磁場可能是由于恒星演化過程中磁場守恒或者放大而產(chǎn)生的 。白矮星的自轉(zhuǎn)速度則需要通過從伴星上吸積物質(zhì)而增加角動(dòng)量而產(chǎn)生的。然而，這兩個(gè)過程之間存在一個(gè)悖論：如果吸積物質(zhì)太多，就會(huì)導(dǎo)致白矮星爆發(fā)超新星而消失；如果吸積物質(zhì)太少，就無法使白矮星達(dá)到足夠快的自轉(zhuǎn)速度。因此，需要一種特殊的吸積模式，既能使白矮星快速旋轉(zhuǎn)，又能避免超新星爆發(fā)。
目前有幾種可能的模型來解釋這種模式，包括共生雙星模型、共旋盤模型、共振鎖定模型等。J1912-4410 和 AR Sco 都符合這些模型所預(yù)測的參數(shù)范圍，為這些模型提供了觀測證據(jù)。
總之，J1912-4410 是一顆令人興奮和神秘的白矮星雙星系統(tǒng)，它為我們理解白矮星脈沖星這一新奇現(xiàn)象提供了新的視角和信息。未來，更多的觀測和理論工作將會(huì)揭開白矮星脈沖星背后的奧秘。
本文來自微信公眾號(hào)：萬象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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