天文学家发现被双星系统中的同伴剥去氢包层的大质量恒星群体

新发现证实了长期以来被认为是贫氢超新星和中子星合并核心的热氦星的存在。多伦多大学（University of Toronto）的天文学家们发现了一个大质量恒星群体，它们被双星系统中的同伴剥去了氢包层。这些发现发表在12月14日的《科学》（Science）杂志上，为人们揭示了热氦恒星的奥秘，据信它们是贫氢核坍缩超新星和中子星合并的起源。

这幅艺术家的印象图展示了炽热、明亮和高质恒星的演变过程。质量较大的亮星首先膨胀，直到外层开始强烈感受到伴星的引力。然后，伴星开始从主星吸取物质。当主星的整个富氢包膜被剥离后，它就会缩小。资料来源：Navid Marvi，卡内基科学研究所提供

恒星演化的理论与现实

十多年来，科学家们一直推测，大约每三颗大质量恒星中就有一颗在双星系统中被剥离了氢包层。然而，直到现在，只确定了一个可能的候选者。

多伦多大学邓拉普天文学与天体物理学系助理教授、邓拉普天文学与天体物理学研究所副研究员玛丽亚-德鲁特（Maria Drout）说："这是一个巨大而明显的漏洞。"

德鲁特说："如果事实证明这些恒星是罕见的，那么我们关于所有这些不同现象的整个理论框架就是错误的，这将对超新星、引力波和来自遥远星系的光线产生影响。这一发现表明这些恒星确实存在。展望未来，我们将能够对这些恒星进行更详细的物理学研究。例如，我们应该看到多少中子星合并的预测取决于这些恒星的特性，如恒星风中有多少物质从它们身上脱落。现在，我们将第一次能够测量到这一点，而之前人们一直在推断。"

美国国家航空航天局的斯威夫特-UVOT 望远镜进行的观测提供了有史以来用紫外线捕捉到的大麦哲伦云和小麦哲伦云的最详细的概况，这两个星系是离我们最近的主要星系。研究人员利用这个紫外线数据集来确定他们为这篇论文所瞄准的候选系统。资料来源：NASA/Swift/S. Immler (Goddard) 和 M. Siegel (Penn State)

双剥离星和宇宙现象

双剥离星以前曾被用来解释为什么三分之一的核心坍缩超新星所含的氢比典型的红超巨星爆炸要少得多。德鲁特和她的同事提出，这些新发现的恒星最终会以贫氢超新星的形式爆炸。这些恒星系统也被认为是形成中子星合并的必要条件，比如 LIGO 实验从地球上探测到的发出引力波的中子星合并。

事实上，研究人员认为，在他们目前的样本中，有几个天体是带有中子星或黑洞伴星的剥离星。这些天体正处于成为双中子星或中子星加黑洞系统之前的阶段，它们最终可能会合并。

主要合著者玛丽亚-德鲁特（多伦多大学）与拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜。图片来源：Tom Holoien/Maria Drout

恒星伙伴关系与进化

"许多恒星都是宇宙舞蹈的一部分，它们在双星系统中相互绕行。"多伦多大学戴维-A-邓拉普天文学与天体物理学系博士生贝瑟尼-路德维格（Bethany Ludwig）是这篇论文的第三作者。她说："我们的工作揭示了这些迷人的关系，揭示了一个比我们以前想象的更加相互关联、更加活跃的宇宙。就像人类是社会性的存在一样，恒星，尤其是大质量恒星，也很少是孤独的。"

随着恒星的演化和膨胀成为红巨星，恒星外缘的氢会被其伴星的引力剥离--留下一个非常热的氦核心。这个过程可能需要几万年，甚至几十万年。

研究报告的作者贝瑟尼-路德维希、安娜-奥格雷迪、玛丽亚-德鲁特和伊尔娃-戈特伯格在智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜上观测，他们在那里为这项研究收集数据。图片来源：Y.

探测条纹星的挑战

条纹星很难发现，因为它们发出的大部分光都在可见光光谱之外，可能会被宇宙中的尘埃遮挡，或者被它们的伴星掩盖。

德鲁特和她的合作者于2016年开始寻找。德鲁特在攻读博士学位期间研究过贫氢超新星，在美国国家航空航天局哈勃博士后奖学金期间，她在卡内基科学研究所天文台开始寻找被认为是超新星核心的剥离恒星。她在一次会议上遇到了合著者伊尔娃-戈特伯格（Ylva Götberg），她现在是奥地利科技研究所（ISTA）的助理教授。

研究人员与他们的合作者设计了一种新的观测方法，用于观测光谱中的紫外线部分，极热恒星的大部分光线都是在这部分发出的。紫外线虽然肉眼看不见，但可以被专门的仪器和望远镜探测到。他们利用斯威夫特紫外线/光学望远镜（Swift Ultra-Violet/Optical Telescope）的数据，收集了大麦哲伦云和小麦哲伦云中数百万颗恒星的亮度，大麦哲伦云和小麦哲伦云是距离地球最近的两个星系。路德维格编制了麦哲伦云的第一份宽视场紫外线目录，并利用紫外线光度测定法探测出具有不寻常紫外线辐射的系统，这预示着可能存在一颗剥离的恒星。

他们对 25 个天体进行了试验性研究，在 2018 年至 2022 年期间利用拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜获得了光学光谱。他们利用这些观测结果证明，这些恒星温度高、体积小、氢贫乏，并且处于双星系统中--所有这些都与他们的模型预测一致。

正在进行的研究和数据的可获取性

目前，研究人员正在继续研究本文中确定的恒星，并扩大搜索范围，以发现更多的恒星。他们将利用哈勃太空望远镜、钱德拉X射线望远镜、麦哲伦望远镜和盎格鲁-澳大利亚望远镜上已获批准的项目，对附近星系和我们银河系内的恒星进行研究。作为该出版物的一部分，用于识别这些恒星的所有理论模型和数据都已公开，供其他科学家使用。

编译来源：ScitechDaily