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天文学家们首次发现双白矮星引力波源

时间: 2020年04月13日 | 作者: Admin | 来源: 新浪科技
在一项新研究中,天文学家探测到两颗恒星的“残骸”在彼此环绕旋转,它们可能正在产生引力波。


  白矮星被认为是中、低质量恒星演化阶段的最终产物,银河系内97%的恒星都属于这一类。当太阳这样的恒星在燃料耗尽时,最终将只留下核心的部分,成为白矮星。多年来,研究人员一直预测,宇宙中应该存在由白矮星组成的双天体系统。根据广义相对论,这两个相互环绕的天体应该会以引力波的形式释放能量。


  引力波是时空结构中的涟漪或扰动。不过,这一新研究并不是发现了引力波,而是发现这个双星系统可能是引力波的来源。该研究不仅会增进我们对这些系统和引力波源的了解,而且对验证激光干涉仪空间天线(LISA)的有效性也非常重要。LISA是由美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的引力波探测计划,预计将于2034年发射。


  LISA将使用这个被称为“J2322+0509”的双星系统进行训练。由于天文学家已经知道该系统的存在,因此可以将其作为很好的测试对象,确保仪器能够正确地发现它们。“验证双星很重要,因为我们知道LISA在启动望远镜后几周内就能探测到它们,”研究作者之一、美国俄克拉荷马大学的Mukuemin Kilic在声明中说,“据我们目前所知,可供LISA探测的引力波源屈指可数。发现一个新的可供验证的双星系统,使我们远远超出了所有人的预期。”


  在这项新研究中,哈佛大学天体物理中心的研究人员首次发现了由两颗白矮星(带有氦核)组成的双白矮星系统。这两颗白矮星显然是不同的恒星。J2322+0509系统的轨道周期很短,只有1210秒(20分钟多一点),是迄今为止发现的第一个双白矮星引力波源。


  该研究的第一作者、哈佛大学天体物理中心的天文学家沃伦·布朗(Warren Brown)在一份声明中说:“一些理论预测了众多双氦核白矮星系统的存在,而这次探测为这些模型和未来的实验提供了依据。我们可以因此找到更多的恒星,并确定它们的真实数量。”


  在迄今为止发现的所有分离双星中,J2322+0509系统的轨道周期是第三短的,因此很难被发现。“这对双星没有光变曲线,”布朗在声明中说,“我们无法探测到光度信号,因为根本不存在。”因此,研究团队没有使用光度学手段,而是对光谱进行研究,即观察物质如何与电磁辐射(如可见光)相互作用,从而确定恒星的轨道运动。


  据声明称,研究小组通过理论计算发现,尽管这个双星系统很难探测到,但事实证明,这种类型的双星是一个非常强大的引力波来源。研究人员认为,由于该系统相对于地球的方向,引力波探测仪器应该能够接收到比同一系统向其他方向所发出信号强2.5倍的信号。


  不过,正是由于引力波的关系,这一系统不可能永远维持双星状态。“这两个天体的轨道正在衰减,”布朗说,“它们发射出的引力波导致其失去能量;大约六七百万年后,它们会合并成一个更大的单一白矮星。”


  这项研究的结果于4月3日发表在预印版服务器arXiv.org,该论文已被《天体物理学杂志通讯》(Astrophysical Journal Letters)接受。(任天)