发现有史以来最紧密的超冷矮星双星系统 _矮星

这是一对已知最古老的超冷矮星的插图，它们如此紧密地相互绕着轨道运行，它们绕着对方转一圈不到一个地球日。Credit: Adam Burgasser/UC San Diego
据美国物理学家组织网（by W. M. Keck Observatory）：西北大学和加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)的天体物理学家利用Hawaiʻi岛maunakea上的W. M. Keck天文台发现了有史以来最紧密的超冷矮星双星系统。
这两颗恒星如此之近，以至于它们绕对方旋转一周不到一个地球日；每颗恒星的“一年”仅持续17个小时。
这个新发现的系统被命名为LP 413-53AB，由一对超冷矮星组成，这是一类非常低质量的恒星，它们非常冷，以至于它们主要在红外波段发光，使它们对人眼完全不可见。然而，它们是宇宙中最常见的恒星类型之一。
此前，天文学家仅探测到三个短周期超冷矮星双星系统，它们都相对年轻——最大4000万岁。LP 413-53AB估计有几十亿岁了——与我们的太阳年龄相仿——但其轨道周期比迄今为止发现的所有超冷矮星双星短约四倍。
这项研究已经被《天体物理学杂志快报》接受发表，并在arXiv.org上有预印本。
“发现这样一个极端的系统是令人兴奋的， ”领导这项研究的西北大学天体物理学家许志春说。"原则上，我们知道这些系统应该存在，但是还没有发现这样的系统."
许是美国西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的物理学和天文学博士后研究员。他在加州大学圣地亚哥分校攻读博士学位时开始了这项研究，在那里他得到了亚当·伯格塞教授的指导。
该团队在探索档案数据时首次发现了奇怪的二进制系统。Hsu开发了一种算法，可以根据恒星的光谱数据为其建模。通过分析恒星发出的光谱，天体物理学家可以确定恒星的化学成分、温度、重力和自转。这项分析还显示了恒星靠近和远离观测者时的运动，称为径向速度。
在检查LP 413-53AB的光谱数据时， Hsu注意到了一些奇怪的事情。早期的观测捕捉到了这个系统，当时恒星大致对齐，它们的谱线重叠，这让徐相信它只是一颗恒星。但是当恒星在它们的轨道上运行时，谱线向相反的方向移动，在后来的光谱数据中分裂成对。Hsu意识到实际上有两颗恒星被锁定在一个非常紧密的双星系统中。
利用凯克天文台的近红外摄谱仪(NIRSPEC)，徐决定亲自观察这一现象。2022年3月13日，研究小组将凯克II望远镜转向双星系统所在的金牛座，对其进行了两个小时的观测。然后，他们在2022年7月、10月和12月以及2023年1月进行了更多的观察。
“当我们进行测量时，我们可以在几分钟的观察中看到事情的变化，”Burgasser说。“我们跟踪的大多数双星的轨道周期是几年。所以，你每隔几个月就要测量一次。然后，过一会儿，你就可以把拼图拼起来了。有了这个系统，我们可以看到谱线实时分离。在人类的时间尺度上看到宇宙中发生的事情是很神奇的。”
观察结果证实了许的模型预测。两颗恒星之间的距离大约是地球和太阳之间距离的1% 。
“这是非凡的，因为当它们年轻时，大约100万年，这些恒星几乎是相互重叠的，”Burgasser说。
研究小组推测，这些恒星要么在进化过程中相互迁移，要么在第三个恒星成员(现已消失)被驱逐后聚集在一起。需要更多的观察来检验这些想法。
Hsu还说，通过研究类似的恒星系统，研究人员可以更多地了解地球以外潜在的宜居行星。超冷矮星比太阳暗得多，因此任何表面有液态水的世界——形成和维持生命的关键成分——都需要离恒星更近。然而，对于LP 413-53AB来说，可居住带距离恰好非常接近恒星轨道的大小，因此很可能无法在该系统中形成可居住的行星。
“这些超冷矮星是我们太阳的邻居， ”徐说。“为了识别潜在的可居住宿主，从我们附近的邻居开始是有帮助的。但是，如果在超冷矮星中紧密双星很常见，那么可能很难找到可居住的世界。”
为了充分探索这些场景，Hsu ， Burgasser和他们的合作者希望查明更多的短周期超冷矮星双星系统，以创建一个完整的数据样本。新的观测数据有助于加强双星形成和演化的理论模型。然而，直到现在，寻找超冷双星仍然是一个罕见的壮举。
“这些系统很罕见，”合著者克里斯·泰森说，他是加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员。“但我们不知道它们是否罕见，是因为它们很少存在，还是因为我们只是没有发现它们。这是一个开放式的问题。现在我们有了一个可以开始构建的数据点。这些数据已经在档案中存放了很长时间。迪诺的工具将使我们能够寻找更多这样的二进制文件。”