生长于异类双星系统的最小恒星

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编译：姜力萌

校对：吟

排版：TN.

后台：李子琦

J0526 双星系统的相折 RV 曲线和双波段光变曲线。RV 是表征从近红外到远紫外光谱区星际消光的唯一基本参数；‘相折’代表时间轴的‘时间’为实际时间除以周期的余数。顶部的图像为 Keck/LRIS 和 GTC/OSIRIS 观测数据得出的 RV 曲线。虚线为最佳拟合正弦模型。中间和下面的图像分别为LJT 和 ZTF 提供的 g 波段和 r 波段相折光变曲线。紫色实线代表从 ellc 软件包中获得的最佳拟合光曲线模型。几张图片不一样的最大值是受相对论性多普勒集束效应影响所得。轨道相位 ϕ = 0 代表上合时刻，此时可见恒星距离观测者最近。原作论文DOI: 10.1038/s41550-023-02188-2

一个大型国际天文学家小组发现了迄今已知的体积最小的恒星，并发现它与另一颗个头大一些的恒星组成了一个双星系统。他们的论文发表在《自然·天文学》上。

最新研究表明，热亚矮星是已知恒星中体积最小的一种。（亚矮星，subdwarf,缩写sd）这类恒星的核心燃烧的是氦，光度通常比同光谱型的主序星低1.5到2.0，通常存在于银河系星族中。该研究的出现，推翻了此前认为红矮星是最小类型恒星的理论。

在这项新研究中，研究人员发现了迄今为止最小的热亚矮星J0526B。这颗恒星是双星系统J0526的一部分，距离地球约2760光年。这两颗恒星被命名为 J0526A（质量为0.74倍太阳质量的较大碳氧白矮星） 和 J0526B（本文的主角）。

J0526B的半径大约是7倍地球半径，这意味着它比土星还要小（土星半径约为地球半径的9.5倍）。它的质量约为0.33太阳质量，表面温度约为 2 226°C。大约每 20.5 分钟绕大恒星运行一次（运行周期接近理论极限值的20分钟），是已知的周期最短的双星轨道。

艺术家绘制的TMTS J0526双星系统(北京天文馆 喻京川)。图中靠前较大的为热亚矮星，远处较小的那颗是其白矮星伴星。课题组供图

清华大学-马化腾巡天望远镜（TMTS）的研究人员首次观测到了 J0526双星系统。

在发现短周期变源之后，利用来自世界上其他地方的大型望远镜如美国夏威夷的10米口径Keck望远镜和西班牙拉帕尔玛岛的10.4米口径GTC望远镜对该源的高时间分辨的连续光谱观测数据，以及使用丽江2.4米望远镜获得的时序测光观测数据，再结合高频采样观测得到的光变曲线以及光谱视向速度变化，研究团队分析得出，TMTS J0526是一颗轨道周期仅有20.5分钟的椭变双星。

其中更大、更亮的子星（即可见的J0526B）的轨道在另一颗更加致密的白矮星（不可见的J0526A）的潮汐引力作用下发生了变形，研究人员也得以确认主星的存在。

清华大学-马化腾巡天望远镜(TMTS)。此望远镜是在马化腾基金以及清华学堂班等项目支持下建立起来的独特设计的多镜筒光学巡天设备，一次曝光可覆盖约90倍月亮的天空面积，1分钟探测深度可至19.4等 (3-sigma)。该系统位于国家天文台兴隆观测站，于2019年底建成并投入使用，目前已经实现了自动化观测以及数据的自动处理能力。自2020年起，TMTS开始系统监测国家重大天文观测基础设施郭守敬巡天望远镜 (LAMOST) 的观测天区，它以10秒1帧的频率对每个天区执行约4至12小时的连续观测，可为LAMOST光谱源提供高精度的光变参数。在第一年的观测任务中，TMTS总共观测了188个LAMOST天区 ，为426万个源产生了490万条连续曝光的光变曲线，其中每条光变曲线的曝光数均不低于100次。截至2023年底，TMTS累计获得了超过2700万颗恒星的密集采样光变数据，包含大量高价值的短周期变源，J0526便是其中光变周期最短的系统之一。

本篇论文发现的双星系统证实了中国科学院云南天文台韩占文院士团队于在20多年前提出的通过二次共有包层抛射演化形成低质量热亚矮星的理论。他们的计算表明，小恒星应该有可能存在于双星系统中。

基于对热亚矮星形成通道的详细星族合成的研究，理论预言通过二次共有包层抛射通道形成的热亚矮星中，应该存在少部分质量低至0.32-0.36倍太阳质量的亚类。这些低质量的热亚矮星通过点燃非简并氦核形成，它们与被广泛认知的通过氦闪点燃简并氦核形成的热亚矮星（约0.45倍太阳质量）具有截然不同的质量分布。

在经历第二次共有包层的物质抛射后，这些包含一颗白矮星的热亚矮星双星系统，通过引力波辐射可演化形成轨道周期短至20分钟的极短周期双星系统。但在TMTS巡天观测发现之前，国际上并未观测到完全符合上述观测性质的白矮星—热亚矮星双星系统。

这样一对极短轨道周期的双星能够在毫赫兹频段产生强的引力波辐射，而这有望被未来的空间引力波天文台如LISA、天琴以及太极显著探测到。

研究人员发现的J0526B 双星系统对关于恒星大小和性质的理论提出了挑战，表明恒星可能可以比人们想象的还要小，并让人们猜测也许还有更小的恒星——或许它们还具有未知的性质。

https://phys.org/news/2024-02-smallest-star-exotic-binary.html

https://www.nature.com/articles/s41550-023-02188-2

https://en.wikipedia.org/wiki/Subdwarf

https://www.phys.tsinghua.edu.cn/info/1129/4853.htm

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/2/517482.shtm

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