清華新聞網(wǎng)9月30日電 近日，清華大學(xué)物理系王曉鋒教授團(tuán)隊(duì)利用清華大學(xué)-馬化騰巡天望遠(yuǎn)鏡，在距離地球約8800光年處發(fā)現(xiàn)一顆亮度約為太陽(yáng)110倍、溫度為太陽(yáng)6倍的奇特藍(lán)色大振幅脈動(dòng)變星（blue large-amplitude pulsators， 簡(jiǎn)稱(chēng)BLAP）。對(duì)該源的詳盡觀(guān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn)其是一顆剛處于氦殼層點(diǎn)火階段的0.7倍太陽(yáng)質(zhì)量的熱亞矮星(氫殼層被剝離后形成的較致密的高溫恒星)，這完美解釋了其產(chǎn)生的強(qiáng)烈脈動(dòng)及探測(cè)到的周期變化。這一發(fā)現(xiàn)為系統(tǒng)解釋BLAP的物理成因提供了關(guān)鍵線(xiàn)索，對(duì)進(jìn)一步完善恒星的脈動(dòng)和演化理論以及深入理解Ia型超新星的前身星有重要意義。
BLAP代表一類(lèi)罕見(jiàn)的具有異常大振幅與極端短周期的高溫脈動(dòng)變星。盡管人類(lèi)研究脈動(dòng)變星的歷史已經(jīng)跨越百年，但是這類(lèi)罕見(jiàn)的脈動(dòng)變星直至2017年才被光學(xué)引力力透鏡實(shí)驗(yàn)（Optical Gravitational Lensing Experiment，簡(jiǎn)稱(chēng)OGLE）報(bào)道。在OGLE監(jiān)測(cè)的10億顆星中，僅有14顆被證認(rèn)為BLAP。這些BLAP的表面溫度是太陽(yáng)的5至7倍，并且能在短短半小時(shí)內(nèi)因膨脹和收縮造成超過(guò)20%的光度變化。由于已知的BLAP甚少、觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)匱乏，天文學(xué)家們對(duì)BLAP的物理起源存在巨大的爭(zhēng)議。國(guó)際上存在兩種主流觀(guān)點(diǎn)，一類(lèi)是認(rèn)為BLAP是中心為氦核的白矮星前身，即它們已經(jīng)停止燃燒并且將演化為氦核白矮星；而一類(lèi)則認(rèn)為BLAP是在雙星演化過(guò)程中氫包層被剝離的處于中心氦燃燒階段的熱亞矮星。
北京天文館藝術(shù)家喻京川繪制的TMTS-BLAP-1。
清華大學(xué)-馬化騰望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)TMTS）是王曉鋒教授團(tuán)隊(duì)在馬化騰基金及清華大學(xué)物理學(xué)堂班等經(jīng)費(fèi)支持下建立起的一架獨(dú)特設(shè)計(jì)的多鏡筒光學(xué)巡天設(shè)備（詳見(jiàn)https://www.phys.tsinghua.edu.cn/info/1129/4853.html）。TMTS項(xiàng)目在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)以亞分鐘頻率對(duì)宇宙星空的凝視觀(guān)測(cè)，極大拓展了對(duì)極短時(shí)標(biāo)變化宇宙天體的探測(cè)。在兩年時(shí)間內(nèi)，TMTS獲取了超過(guò)1000萬(wàn)顆恒星的短時(shí)標(biāo)光變數(shù)據(jù)，其中包括了一個(gè)脈動(dòng)周期僅為18.9分鐘的BLAP （簡(jiǎn)稱(chēng)TMTS-BLAP-1）。合作團(tuán)隊(duì)利用位于夏威夷的10米凱克望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行連續(xù)光譜觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn)該源與具有低表面引力和氦富包層的BLAP十分相似，并據(jù)此判斷它是一顆最短脈動(dòng)周期的低引力BLAP。結(jié)合國(guó)際巡天項(xiàng)目的長(zhǎng)期光學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)TMTS-BLAP-1的脈動(dòng)周期正以每千年2.5秒的速度變長(zhǎng)，這挑戰(zhàn)了當(dāng)前主流的BLAP物理模型。通過(guò)模型計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該周期變化與之前被忽略的殼層氦燃燒的熱亞矮星模型非常符合。TMTS-BLAP-1的特殊脈動(dòng)周期和奇異的周期變化率表明它正處于熱亞矮星的氦殼層點(diǎn)燃階段，正經(jīng)歷類(lèi)似熱亞矮星的“赫茲伯倫間隙”的快速演化階段。
赫羅圖（Hertzsprung-Russell diagram）（上）和周期變化率-周期圖
上述研究成果以“一顆正在穿越熱亞矮星‘赫茲伯倫間隙’的藍(lán)大振幅脈動(dòng)變星（An 18.9-minute Blue Large-Amplitude Pulsator Crossing the ‘Hertzsprung Gap’of Hot Subdwarfs）”為題于9月29日發(fā)表于《自然?天文學(xué)》（Nature Astronomy）。
王曉鋒教授為本文的通訊作者，物理系博士后林杰(2019年入站)為本文的第一作者，論文主要合作者還包括中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)的吳程遠(yuǎn)助理研究員（原清華大學(xué)物理系博士后）及吳濤研究員、澳大利亞國(guó)立大學(xué)的熊赫然博士、捷克科學(xué)院天文研究所的皮特尼米特研究員以及美國(guó)加州伯克利大學(xué)天文系菲利彭科教授團(tuán)隊(duì)等。本項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金、馬化騰基金、北科院“北科學(xué)者”項(xiàng)目及科學(xué)探索獎(jiǎng)等的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01783-z
供稿：物理系
題圖設(shè)計(jì)：金婭辰
編輯：覃霞 李華山
審核：呂婷
