天文学家发现白矮星双星系统外层围绕着不同寻常的尘埃环

艺术家绘制的白矮星双星系统，外层围绕着不同寻常的尘埃环

天文学家通过对美国宇航局广域红外空间望远镜的观测数据研究后确认发现了一个不同寻常的现象，大量的宇宙尘埃围绕着一个“极限”双星系统。科学家本应观测的双星系统由一颗白矮星和一颗红矮星伴星构成，两者之间的距离仅仅略大于太阳半径，这是相关天体运行标准上的极小轨道。图中显示了有艺术家绘制的双星系统想象图，需注意的是在该系统周围存在不寻常的盘状碎片环，将白矮星和一颗质量较大的棕色伴星（类似于本次观测中所发现的红矮星）所包围。

参与本项研究的结构包括美国国家光学天文台（NOAO）、国家科学基金会（NSF）和美国大学天文研究协会（AURA）。这两颗天体所构成的系统被称为共包层后双星，在过去的某个时刻，其中一颗恒星出现膨胀使得它的物质将另一颗伴星“淹没”，其中一颗恒星类似于我们的太阳。当太阳一样的恒星达到其生命的终点时，就会向外膨胀。其实质量达到太阳质量0.5倍到7倍的恒星，都可能在核燃料耗尽后出现体积膨大，演化成红巨星，最终将它的伴星吞没。在这个过程中，红巨星便会与伴星紧密地靠近，因此伴星便会将自己的能量注入红巨星并导致后者出现外层物质抛射，加速其灭亡。

当膨胀的红巨星核心与红矮星幸存于这个动荡的系统中时，其核心便会慢慢冷却下来演化成白矮星。科学家将该双星系统命名为SDSS J0303+0054，是由斯隆数字巡天首次发现，并由美国宇航局广域红外空间望远镜进行后续观测，本次观测任务作为数千颗白矮星巡天红外大调查的一部分。从体积上看，白矮星和地球差不多大小，其释放的红外辐射仅仅是太阳的10,000分之一，正因为如此，科学家们才可探测到白矮星附近天体所发出的电磁波信号，比如本次观测中笼罩在白矮星周围的尘埃环以及其伴星褐矮星。

如果褐矮星周围存在质量更大且更加明亮的恒星时，它便会被后者的光线所“淹没”，无法探测到褐矮星所发出的光线。天文学家通过美国宇航局广域红外空间望远镜发现了多个类似的天体，对于SDSS 0303+0054天体而言，科学家所探测到的红外信号不可能用一颗白矮星存在的模型来解释，而且其红外波段的信号较强，因此研究人员推测并确认了该双星系统中存在白矮星和红矮星伴星。除了探测白矮星外，科学家也对其周围天体进行研究，发现了不同寻常的尘埃环以及褐矮星的存在。

当空间望远镜的数据显示在SDSS 0303+0054双星系统周围存在不可思议的尘埃带信号时，研究人员感到非常惊讶，同时这也是迄今发现的首例“极限”双星系统。基于红外波段上对双星系统的调查，美国宇航局广域红外空间望远镜天文学家计算出外围尘埃环的延伸距离相当于两倍的太阳半径，大约在金星轨道之外。天文学家还估计了尘埃环的总质量，相当于半径数十公里（略小于洛杉矶大小）的小行星。科学家认为尘埃盘的起源特别神秘，因为在大质量恒星演化过程的红巨星阶段，行星、小行星和彗星并不会在该距离上存在。

膨胀的恒星半径会增大，如果以太阳为例，太阳在演化到红巨星阶段半径将超过地球轨道之外，任何处于这些轨道上的天体都将很快被摧毁并变成气体。因此，关于尘埃环的起源之谜只剩下的两个可能的解释，一种可能是由多个小行星轨道在双星系统混乱的引力下发生碰撞，另一个解释是该双星系统中的红矮星释放出大量恒星风中携带着气体物质，并被其伴星白矮星的引力所困。由于温度的降低，气体被凝结成固体物质，于是被我们所观测到。无论该双星系统周围出现的神秘尘埃环起源是何种方式，这一例子为我们提供了一个有趣的双星系统“实验室”。