安柏瑞德研究人员报告说罕见的双星具有奇怪的圆形轨道

亚利桑那州普雷斯科特安柏瑞德航空大学本科生 Clarissa Pavao 在处理了大量天文学数据后，提交了她的初步分析。她的导师的回应是迅速的，而且是全大写的。“有一个轨道!” 他写了。

就在那时，空间物理学专业的高年级学生帕沃意识到她即将成为某件大事的一部分——一篇发表在同行评审期刊《自然 》上的论文描述了一个具有不寻常特征的罕见双星系统。

与 Embry-Riddle物理学和天文学助理教授 Noel D. Richardson 博士合着的《自然 》杂志论文于 2023 年 2 月 1 日发表，描述了一个双星系统，该系统通过 X 射线和高能发光在质量上。具有一个奇怪的圆形轨道——双星系统中的一个奇怪之处——双系统似乎是在一颗爆炸的恒星或超新星在没有通常的爆炸声的情况下熄灭时形成的，类似于一个哑炮。

双星的圆形轨道是帮助研究人员将双星系统中的第二颗恒星识别为耗尽或“超剥离”超新星的关键线索。通常，在一颗恒星消耗完所有核燃料后，它的核心会坍塌，然后以超新星的形式爆炸到太空中。在这种情况下，理查森说，“这颗恒星非常耗尽，以至于爆炸甚至没有足够的能量将轨道踢成在类似双星中看到的更典型的椭圆形。”

我们是星尘

双星系统的名字听起来像一个车牌：CPD-29 2176。研究人员估计，目前银河系中可能只有大约 10 个这样的恒星系统。通过研究它，他们正在揭示我们最早起源的新线索，如星尘。

“当我们看着这些物体时，我们是在回顾过去，”Pavao 解释说。“我们对宇宙的起源有了更多的了解，这将告诉我们太阳系将走向何方。作为人类，我们从与这些恒星相同的元素开始。”

理查森补充说，如果没有像 CPD-29 2176 这样的双星系统，地球上的生命将会大不相同。“像这样的系统很可能演化成双中子星，它们最终合并并形成重元素，被抛入宇宙，”他指出。“那些沉重的元素让我们能够按照自己的方式生活。例如，大部分黄金是由类似于我们研究的双星系统中的超新星遗迹或中子星的恒星产生的。天文学加深了我们对世界和我们在其中的地位的理解。”

坚持不懈

当帕沃在理查森的办公室停下来希望获得研究经验时，该项目就开始了。“我说，‘请给我任何研究。’”他碰巧有数据，这些数据是由智利的 Cerro Tololo 美洲天文台的 1.5 米望远镜从一颗被称为 Be 型星的明亮恒星中捕获的。Be 星与另一颗产生大量 X 射线闪光的星在天空中位于同一位置。那个闪光——可能是一种叫做“软伽马中继器”的东西——引起了天文学家的注意，促使理查森和其他人请求望远镜数据。

帕沃绘制了 Be 星的光谱图，但首先，她必须清理数据以减少噪音。“望远镜看着一颗恒星，它吸收了所有的光线，这样你就可以看到构成这颗恒星的元素，”她指出，“但 Be 型恒星周围往往有物质盘。很难直接看穿所有这些东西。”

坚持得到了回报：Pavao 设法学习了更多有关数据处理和计算机编码的知识，以便她能够分析恒星光谱。她和理查森发现了一条来自恒星的简单线条，并且不受周围圆盘的影响。她认为她的图表是散点图。理查森不这么认为，于是他发送了全部大写的电子邮件。在将帕沃的数据迅速装入一个特殊的计算机程序后，他意识到他们已经找到了这颗恒星的轨道，但它与预期的不同。进一步的数据分析表明，一颗恒星确实每 60 天左右绕另一颗恒星绕一圈。

帕沃回忆说理查森说：“这不仅仅是一个简单的二进制系统。”

协作很重要

奥克兰大学的 Jan J. Eldridge 是《自然 》杂志论文的合著者，也是了解双星系统及其演化的最重要专家。应理查森的要求，埃尔德里奇审查了数千个双星模型，发现只有两个与他和帕沃正在研究的模型相似。

Eldridge 及其同事随后绘制了两颗双星系统恒星的生命周期图，解释了超新星遗迹如何膨胀并将质量倾倒到 Be 星上，直到它也开始堆积。最终，这颗超新星变成了一颗低质量的氦星，它爆炸了，留下了一颗中子星，但它已经将大部分质量转移到了 Be 星上，以至于爆炸没有任何亮点。

“基本上，我们发现了超剥离超新星如何与 Be 星相互作用，以及它如何经历这些奇怪的生命周期阶段，”Pavao 解释道。“在未来的某个时刻，随着周期的继续，Be 星也将成为一颗超新星中子星。数百万年后，它将成为一个拥有两颗中子星的双星系统。”

展望未来

帕沃 (Pavao) 是伊利诺伊州贝尔维尔人，在一个以科学为中心的家庭中长大。她的父亲是计算机科学家，母亲是地质学家和业余天文学家。

在 Embry-Riddle 的本科期间，Pavao 有机会在 SETI(寻找外星智能)研究所完成本科研究经历，在那里她遇到了包括 Jill Tarter 在内的科学家，Jill Tarter 在电影“接触”中由女演员 Jodi Foster 饰演”

“这是一次改变人生的经历，”帕沃说。“在以后的生活中，我可以说我去了这个天文台，寻找来自外太空的技术特征。” 帕沃还认为理查森指导了她的研究并给了她成功的信心。最初注册了一个不同的专业，Pavao 错误地认为她“在数学和科学方面很糟糕” - 直到她参与了理查森的天文学项目。“他推动他的学生发表论文，”她指出。“这对我来说意义重大。”

随着明年春天即将毕业，Pavao 正在评估她的研究生院选择。她正在考虑以物理为重点。“使用超级计算机研究暗物质会有多酷?” 她问。

除了 Richardson、Pavao 和 Eldridge 之外，《自然 》杂志的论文“A high-mass X-ray binary descended from an ultra-stripped supernova”(2023 年 2 月 1 日)由变量协会的 Herbert Pablo 合着明星观察员;André-Nicolas Chené，双子座天文台;Peter Wysocki 和 Douglas R. Gies，CHARA 和佐治亚州立大学;Georges Younes，乔治华盛顿大学;和宇航局戈达德太空飞行中心的 Jeremy Hare。

帕沃的研究得到了 Embry-Riddle 的本科生研究所和亚利桑那州太空资助计划的支持。该项目还得到了大学教职工科技创新研究项目的支持。光谱数据是通过 NOIR 实验室程序 2018B-0137 和 2020A-0054 收集的。