太空探索／首度發現 白矮星和T型矮星組成雙星系統

Peter

                               
                               
                               
一個由智利大學（Universidad de Chile）Avril Day-Jones領軍的跨國天文研究團隊，發現一顆非常獨特而怪異的恆星系統，由一顆表面溫度很低、富含甲烷的T型矮星（T-dwarf），以及一顆正在死亡之途的白矮星所組成。這是第一次發現這種組合的雙星系統，這很可能就像羅賽達石（Rosetta Stone）一樣，是研究T型矮星的關鍵，因為藉由雙星系統，天文學家終於可以確實掌握T型矮星的質量和年齡。



這顆T型矮星是英國紅外望遠鏡（UKIRT）紅外深空巡天計畫（Infrared Deep Sky Survey，UKIDSS）發現，這個計畫專門搜尋星系中的最冷天體。發現之後，才由雙子北天文臺（Gemini North Observatory）進行溫度和光譜的測量。Day-Jones還發現這顆T型矮星在天空中的運動與另一顆藍色天體LSPM 1459+0857幾乎相同，他們利用位在歐南天文臺（ESO）智利的超大望遠鏡（VLT）觀察這顆藍色天體，結果顯示藍色天體應該是顆溫度較低的白矮星，與T型矮星為雙星，因此將之分別編號為LSPM 1459+0857 A和B。



這對雙星的發現為天文學家帶來一線契機，因為從白矮星可以推測這對雙星的年齡，且從雙星的運動可推估兩者的質量下限，這些訊息都得以讓他們瞭解溫度在攝氏1000度以下的極低溫（ultra-cool）恆星大氣物理，也讓天文學家有機會瞭解極低質量類恆星天體的性質。



T型矮星，亦稱甲烷矮星（methane dwarf），是質量介於一般恆星和像木星一樣的氣體巨行星之間的棕矮星（brown dwarf）中溫度最低的，表面溫度低於攝氏1000度。甲烷這種碳氫化合物在溫度較高的環境下便易被摧毀，所以僅見於低溫恆星和氣體巨行星上。但不論氣體巨行星或T型矮星，其內部溫度都沒高到足以點燃或維持核融合反應，因此只能隨著時間逐漸冷卻。



白矮星是類似太陽的恆星演化到後期的結果。一旦這種恆星核心的核融合燃料用盡，其外層大氣將逐漸逸散至太空中形成行星狀星雲，剩下僅約地球大小的部分，則變成一顆熾熱但會逐漸冷卻的白矮星。目前天文學家預估我們的太陽大約再50億年之後就會經歷類似的過程。



新發現的這對雙星系統，殘餘的星雲可能很久之前就已經消散掉了，僅餘逐漸冷卻的白矮星和甲烷矮星。Day-Jones等人認為，約再過60億年左右，當太陽已經「死亡」並變成白矮星的時候，這對雙星系統將與現在差很多。其中的甲烷矮星表面溫度已經冷卻到室溫左右（攝氏30度上下），白矮星表面溫度則冷卻到攝氏2700度左右，大約是甲烷矮星一開始的溫度。



由於這兩顆質量都很低的子星，相距0.25光年遠，相當於2兆5000億公里（海王星距離太陽僅約45億公里），所以彼此間的重力束縛很弱。雖然這個系統相當脆弱，但至少已相互為伴至少數十億年了。在形成白矮星之前的雙星距離應該比現在近得多，後來即將形成白矮星之前的外大氣向外膨脹而使這顆子星質量流失，兩者間的重力束縛因而愈變愈弱。但這個例子顯示許多雙星系統應該可以在銀河系眾多惡劣環境中存活下來，所以未來必定還有許多發現類似雙星的機會。