恒星墓地的秘密：天文学家解开白矮星表面意料之外出现重金属的秘密

死星被称为白矮星，其质量与太阳相当，大小却与地球相仿。它们在银河系中很常见，因为97%的恒星都是白矮星。当恒星走到生命的尽头时，它们的核心会坍缩成白矮星的致密球体，使我们的银河系看起来像一个虚无缥缈的墓地。

尽管这些恒星残骸非常普遍，但其化学构成多年来一直是天文学家的一个难题。在这些紧凑的天体中，许多天体的表面都存在重金属元素，如硅、镁和钙，这一令人费解的发现打破了我们对恒星行为的预期。

"我们知道，如果这些重金属存在于白矮星的表面，那么白矮星的密度足够大，这些重金属应该会很快沉向核心，"JILA研究生秋叶达也解释说。"所以，你不应该在白矮星表面看到任何金属，除非白矮星正在主动吃掉什么东西。"

虽然白矮星可以吞噬附近的各种天体，如彗星或小行星（被称为planetesimals），但这一过程的复杂性仍有待充分探索。不过，这种行为可能是揭开白矮星金属成分之谜的关键，有可能带来有关白矮星动力学的激动人心的启示。

围绕白矮星运行的小行星轨道最初，每颗行星都有一个圆形的顺行轨道。踢脚形成一个偏心碎片盘，其中有顺行轨道（蓝色）和逆行轨道（橙色）。资料来源：Steven Burrows/Madigan Group/JILA

在《天体物理学杂志通讯》（TheAstrophysical Journal Letters）上发表的一篇新论文中，秋叶与JILA研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理与行星科学教授安-玛丽-马迪根（Ann-Marie Madigan）和本科生塞拉-麦金太尔（Selah McIntyre）一起，认为他们找到了这些恒星僵尸吞噬附近行星的原因。研究人员利用计算机模拟了白矮星在形成过程中因非对称质量损失而受到的"产婆踢"（已被观测到），从而改变了白矮星的运动和周围物质的动态。

在80%的测试运行中，研究人员观察到，从踢脚开始，白矮星30至240 AU范围内（相当于太阳与海王星的距离及以上）的彗星和小行星的轨道变得拉长和排列整齐。此外，在随后被吃掉的行星小行星中，约有40%来自逆向旋转（逆行）轨道。

研究人员还扩大了模拟范围，研究了白矮星在一亿年后的动态变化。他们发现，白矮星附近的类星体仍然具有拉长的轨道，并作为一个连贯的单元运动，这是以前从未见过的结果。

"这是我认为我们理论的独特之处：我们可以解释为什么吸积事件如此持久，"马迪根说。"虽然其他机制可以解释最初的吸积事件，但我们用踢脚模拟的结果表明，为什么数亿年后吸积事件仍然会发生。"

这些结果解释了为什么重金属会出现在白矮星的表面，因为白矮星会不断吞噬其路径上的较小天体。马迪根在 JILA 的研究小组主要研究引力动力学，因此研究白矮星周围的引力似乎是一个自然而然的研究重点。

"模拟可以帮助我们了解不同天体的动态，"秋叶说。"因此，在这个模拟中，我们把一堆小行星和彗星扔到大得多的白矮星周围，看看模拟是如何演变的，以及白矮星吃掉了哪些小行星和彗星。"

研究人员希望在未来的项目中将他们的模拟扩展到更大的规模，研究白矮星如何与更大的行星相互作用。

正如秋叶所阐述的："其他研究表明，小行星和彗星这些小天体可能不是白矮星表面金属污染的唯一来源。因此，白矮星可能会吃掉更大的东西，比如行星。"

这些新发现进一步揭示了有关白矮星形成的更多信息，这对于了解太阳系如何在数百万年中发生变化非常重要。它们还有助于揭示太阳系的起源和未来演化，揭示更多有关化学的知识。

马迪根说："宇宙中绝大多数行星最终都会围绕白矮星运行。这些系统中可能有50%会被恒星吞噬，包括我们自己的太阳系。现在，我们有了一种机制来解释为什么会发生这种情况。行星碎片可以让我们深入了解太阳系以外的其他太阳系和行星构成。白矮星不仅仅是一个了解过去的透镜。它们也是洞察未来的透镜。"

编译来源：ScitechDaily