科学家发现一颗罕见的“神秘星球”
◎ 科技日报记者 陆成宽
夜空中闪耀的星也会“吸星大法”？
8月29日，记者从中科院国家天文台获悉，基于郭守敬望远镜（LAMOST）观测数据，研究人员发现了一颗十分罕见的新型激变变星。该天体被命名为LAMOST J0140355+392651，其伴星正处于向极低质量白矮星演化的过渡阶段。此前，曾有理论预测这种过渡型激变变星的存在，但天文学界从未观测到这种过渡型激变变星。
激变变星的艺术想象图。图片来源：Mark A. Garlick，中科院国家天文台提供
郭守敬望远镜成功捕获的这颗罕见类型的激变变星证实了这种过渡型激变变星的存在；同时，为进一步认识激变变星的形成和演化历史提供了实质性的证据。相关研究成果在线发表于国际学术期刊《皇家天文学会月刊》。
所谓激变变星，是指一类具有双重身份的天体，它既是双星又是变星。激变变星对于研究诸多恒星物理的前沿问题都具有得天独厚的优势。典型激变变星的主星为白矮星，伴星通常是一颗晚型主序星，特殊情况下也可能是一颗演化中的巨星甚至是一颗白矮星。
“激变变星作为双星系统，具有非常短的轨道周期，大部分周期时长都不超过10个小时；激变变星还拥有着变星的特质，它的亮度会随时间发生显著的明暗变化。”中科院国家天文台研究员赵永恒说。
有趣的是，在大多数激变变星中，白矮主星还会“吸星大法”，它与主序伴星之间存在持续地物质转移。“具体来说就是贪吃的主星不断从更大质量的伴星身上吸积吞并物质，并在主星周围形成吸积盘。”赵永恒解释道。
那么，天文学家是如何搜寻这类天体的呢？
赵永恒说，作为双星系统，激变变星在光谱上表现出显著的发射特征；作为变星，激变变星在光度上有明显的星等变化；这些独特的性质为搜寻这种特殊天体提供了有迹可循的观测依据。
“迄今为止，研究人员通过光变、光谱特征和颜色来搜寻激变变星，激变变星样本的发现来自各种不同的渠道，最直接有效的方法是利用激变变星尤其是矮新星的爆发特征来搜寻。”赵永恒说，郭守敬望远镜大规模光谱巡天项目为利用光谱特征来搜寻激变变星提供了优越的资源。
研究人员基于郭守敬望远镜的光谱数据库对激变变星进行了全面搜寻，先后共发现245颗激变变星，极大丰富了已有的激变变星样本。
赵永恒表示，随着越来越多的激变变星样本被发现，其中一些极其稀有甚至只出现在理论预测中的激变变星成员也陆续被挖掘出来，这些剑走偏锋的激变变星也在不断刷新着天文学家对于此类天体的认知。
在激变变星的双星系统中，会“吸星大法”的白矮主星不断吸积伴星的物质。在激变变星的演化过程中，这种持续的物质交换起着至关重要的作用。
研究表明，对大多数轨道周期小于6小时的激变变星而言，其中伴星的质量、半径、温度、光度和质量损失率等属性都与双星系统的轨道周期存在一定的经验关系。
“这种经验关系可以说是研究短周期激变变星的指挥棒，我们可以通过光变曲线或者时序分光观测获取双星的轨道周期，有了轨道周期，我们就可以通过这种经验关系推算出激变变星的其他属性。”赵永恒说，事实也证明，伴星所拥有的这种经验性规律对于验证和校准双星质量转移模型非常有用。
但非常不幸的是，这种看似非常有用的伴星属性与轨道周期之间的规律，被郭守敬望远镜新发现的这颗特殊的激变变星打破了。
“新发现的这颗不同寻常的激变变星，轨道周期为3.81小时，属于短周期的激变变星范畴，但是其温度、质量与对应双星轨道周期的关系却完全不符合传统伴星的经验规律。”赵永恒说。
这使得天文学家不得不重新审视这颗特殊星的身份。
为了完全确定其轨道和相关属性，研究团队利用多个望远镜观测数据进行分析，最终发现该新天体是一种罕见的、正处于演化过渡阶段的激变变星，其伴星并不是主序星，而是一颗正在膨胀的恒星氦核。
基于双星演化模型，研究人员推测，这颗激变变星的伴星开始向白矮主星进行质量转移时，就已经结束了主序阶段并经历了很明显的演化过程。
此外，通过演化模型计算，研究人员预测此双星的质量转移将很快结束，此后该伴星将演化成为一颗极低质量的白矮星。“也就是说，这颗激变变星的伴星正处于一颗恒星氦核和极低质量白矮星之间的过渡状态。”赵永恒补充道。
赵永恒强调，此前理论上曾预测存在这类过渡型的激变变星，但其从未被观测到，郭守敬望远镜凭借自身在搜寻稀有天体方面的优势首次观测到了它的存在。