科學新聞

白矮星的內部組成首次被繪制出來

天文學家對一顆死亡恒星的內在生活進行了探測。一顆白矮星亮度的細微變化顯示出，這顆恒星尸體內核中的含氧量比此前預測的要多，研究人員將他們的發現在線發表于2月8日出版的《自然》雜志上。這項發現有可能對恒星如何生存及死亡的理論提出挑戰，并且可能會對測量宇宙膨脹產生影響。

在類太陽恒星的生命到達終點之時，它會將大部分氣體散發到太空中，直到殘余物形成一個由碳和氧組成的稠密核，那是一輩子燃燒氦所形成的灰燼。混入了殘余稀薄氦的稠密核被稱為白矮星。

但是那些彼此相關的元素比例還未可知。“理論上講，我們對于它如何成為這樣有一個粗略的認知，但是我們還沒有進行直接測量的辦法。”來自于法國圖盧茲天體物理與行星學研究院的天體物理學家Noemi Giammichele說道。

幸運的是，某些白矮星將它們的內在性質編碼在了它們的表面。對于作為內部振動的回應，這些恒星會改變它們的亮度。天體物理學家可根據這些振動推測恒星的內部結構，這與地質學家在地震期間通過測量地震波了解地球內部是很相似的。

Giammichele和她的同事們使用的數據來自于NASA的開普勒太空望遠鏡，它“不眨眼”地觀察著恒星，以追蹤它們亮度的周期性變化。開普勒的主要目標是發現圍繞遙遠恒星運動的行星，同時也監測著位于天鵝座、距離地球1 375光年的白矮星KIC 08626021，監測時間已經有23個月了。這項觀察對于白矮星在亮度方面的每個微小變化都提供了最高精確度的數據，并且由此間接提供了它的振動數據。

第二步，Giammichele從她早期作為一名航空工程師的經驗中借鑒了一種計算機模擬技術，以期計算出振動的變化是如何與內核的組成發生關聯的。這個團隊進行了數百萬次模擬，就是為了尋找到一次能夠準確重現開普勒所觀察到的光變化。在其中一次模擬中，數據符合得非常完美，這表明白矮星擁有著預期中的由碳氧組成的核心，以及一個稀薄的氦殼。

但是細節令人驚訝。核心的含氧量大約為86%，比物理學家此前計算的要多15%。這意味著在將氦轉變為碳和氧，或者在恒星活躍期，其內核發生元素混合的過程中，一定存在著什么東西增加了含氧量。

其他4顆白矮星也顯示出相同的趨勢，來自于蒙特利爾大學的天體物理學家，也是此項研究的合著者GillesFontaine說道。“我們肯定會繼續研究，并且進行更多的分析。”如果其他白矮星也是如此的話，這些結果將令那些研究恒星演化的理論學家們退回到繪圖板前，他表示道。

白矮星還被認為是1a類型超新星的前體。這些毀滅性的恒星爆發曾經被認為具有相同的本征亮度，這意味著它們看起來明亮或者暗淡僅僅取決于它們到地球的距離。在測量它們的實際距離時，進一步發現了宇宙正在加速膨脹，對此物理學家引入了被稱為暗能量的神秘物質進行解釋。

更多近期的觀察顯示出，這些所謂的標準燭光并非那么標準。如果幫助創造超新星的白矮星擁有不同的氧含量，那將幫助解釋這其中的某些差異，Fontaine說道。

對那些差異進行解釋，將會在某一天有助于揭示暗能量的組成細節，來自加利福尼亞大學的天體物理學家Alexei Filippenko說道。但是那些影響還有很長的路要走。“僅僅對宇宙學來說，它到底能夠產生多大的影響還有待觀察。”他說道。

王麒 譯自《科學新聞》（ScienceNews）2018年2月3日

（2018-02-03）

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（2018-02-17）

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（王麒編譯）