超冷矮双星打破记录

西北大学和加州大学圣地亚哥分校 (UC San Diego) 的天体物理学家发现了迄今为止观测到的最紧密的超冷矮双星系统。

这两颗恒星距离如此之近，以至于它们围绕彼此旋转一周不到一个地球日。换句话说，每颗恒星的“年”只有 17 个小时。

新发现的系统名为 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，主要以红外线发出光，使人眼完全看不见它们. 尽管如此，它们仍然是宇宙中最常见的恒星类型之一。

此前，天文学家只探测到三个短周期超冷矮双星系统，它们都相对年轻——年龄可达 4000 万年。据估计，LP 413-53AB 已有数十亿年历史——与我们的太阳年龄相似——但其轨道周期至少比迄今为止发现的所有超冷矮双星短三倍。

这项 研究发表 在 3 月 1 日的《天体物理学杂志快报》上。

“发现这样一个极端系统令人兴奋，” 领导这项研究的西北天体物理学家Chih-Chun “Dino” Hsu说。“原则上，我们知道这些系统应该存在，但尚未确定此类系统。”

Hsu 是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的博士后研究员 。他在攻读博士学位时开始了这项研究。加州大学圣地亚哥分校的学生，在那里他得到了 Adam Burgasser 教授的建议。

该团队在探索档案数据时首先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对恒星进行建模。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、引力和自转。该分析还显示了恒星在靠近和远离观察者时的运动，称为径向速度。

在检查 LP 413-53AB 的光谱数据时，许发现了一些奇怪的事情。当恒星大致对齐并且它们的光谱线重叠时，早期的观察发现了这个系统，这让 Hsu 相信它只是一颗恒星。但随着恒星在轨道上移动，光谱线向相反方向移动，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中。

在 WM Keck 天文台使用强大的望远镜，Hsu 决定亲自观察这一现象。2022年3月13日，团队将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 7 月、10 月和 12 月以及 2023 年 1 月进行了更多观察。

“当我们进行这项测量时，我们可以在几分钟的观察后看到事情发生变化，”Burgasser 说。“我们跟踪的大多数双星都有数年的轨道周期。因此，您每隔几个月就会进行一次测量。然后，过一会儿，您就可以拼出拼图了。有了这个系统，我们可以实时看到谱线分开。在人类时间尺度上看到宇宙中发生的事情真是太神奇了。”

观察结果证实了 Hsu 模型的预测。两颗恒星之间的距离约为地球与太阳之间距离的1%。“这很了不起，因为在它们还年轻的时候，大约 100 万年前，这些恒星会彼此重叠，”Burgasser 说。

该团队推测，这些恒星要么在演化过程中相互迁移，要么在第三颗——现已消失的——恒星成员抛射后聚集在一起。需要更多的观察来检验这些想法。

Hsu 还表示，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可能适合居住的行星。超冷矮星比太阳暗淡得多，因此任何表面有液态水(形成和维持生命的关键成分)的世界都需要离恒星更近。然而，对于LP 413-53AB来说，宜居带距离恰好与恒星轨道相同，使得该系统无法形成宜居行星。

“这些超冷矮星是我们太阳的邻居，”许说。“要确定潜在的宜居宿主，从我们附近的邻居开始是有帮助的。但是，如果近距离双星在超冷矮星中很常见，那么可能找不到适合居住的世界。”

为了全面探索这些场景，Hsu、Burgasser 和他们的合作者希望找到更多超冷矮双星系统来创建完整的数据样本。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，发现超冷双星仍然是一项罕见的壮举。

“这些系统很少见，”研究合著者、加州大学圣地亚哥分校校长博士后研究员 Chris Theissen 说。“但我们不知道它们之所以稀有，是因为它们很少存在，还是因为我们根本找不到它们。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。这些数据在档案中存放了很长时间。Dino 的工具将使我们能够寻找更多这样的二进制文件。”