我国科学家发现体积最小恒星，还没有土星大，质量堪比11万个地球

2024年2月，清华大学物理系王晓锋教授课题组联合国内外合作者，利用清华大学-马化腾巡天望远镜（TMTS） ，在距离地球约2760光年处发现致密双星系统TMTS J0526。系统中一颗热亚矮星半径仅为地球7倍（体积比土星还小），质量却达太阳0.33倍，相当于土星质量的1150多倍，刷新“人类已知体积最小恒星”纪录。

要理解这颗恒星的特殊，得先搞懂两个关键数据——“个头小到离谱” 和“密度高到吓人” ，咱们用太阳系天体做对比就能弄明白了。

先看“个头”。土星作为太阳系第二大行星，赤道半径约6万公里，而这颗热亚矮星半径仅为地球7倍（地球半径约6400公里，7倍就是4.48万公里），而土星的半径是地球的9.5倍，可以说这颗恒星比土星小了一大圈。要是把它放进太阳系，它的体积只能排第四，小于太阳，木星和土星。

这颗热亚矮星体积虽小，质量却不小，是太阳的0.33倍，换算成地球质量约11万倍，而土星质量为地球的95倍——这么算下来，它的质量竟是土星的1150倍！打个比方：如果把土星比作一辆1.5吨的家用车，这颗热亚矮星就相当于一列1725吨的火车，体积没大多少，重量却翻了千余倍。

更颠覆认知的是它的“身份”。过去天文学家公认的最小恒星是2MASS J0523，体积相当于木星大小，而这颗新发现的热亚矮星，体积只有前者的一半左右，却依然能维持稳定的氦核聚变——要知道，恒星的核心必须有足够压力才能“点燃”核聚变，这颗“迷你星”刚好踩在“恒星资格线”上，再小一点就会变成无法发光的“褐矮星”。

这颗恒星的“迷你身材”不是天生的，而是被“暴力改造”的结果，背后藏着一段双星系统的“相爱相杀史”。

故事要从21年前说起。2003年，中国科学院云南天文台韩占文院士团队提出一个理论：某些双星系统会经历“两次共有包层抛射”——简单说，就是两颗恒星在引力作用下“抱在一起”，外层气体形成共同的“外壳”，随后外壳被剧烈抛射，留下两颗致密的星体。理论预言，这样的过程会形成质量低至太阳0.32-0.36倍、轨道周期短至20分钟的热亚矮星双星，但一直没人找到实证。

直到TMTS望远镜“盯”到了TMTS J0526，这个预言才被证实。这个双星系统里，除了这颗迷你热亚矮星，还有一颗质量为太阳0.74倍的白矮星——白矮星是恒星死亡后的残骸，密度极高，一勺白矮星物质重量堪比两头成年大象。

它们的“改造史”是这样的：最初，两颗恒星还是“正常体型”，其中一颗先演化成白矮星。白矮星引力极强，逐渐剥离伴星的外层氢壳，形成第一次“共有包层抛射”；剩下的伴星核心暴露出来，又经历了第二次“包层抛射”，外层物质几乎被剥光，最终变成只有地球7倍大的热亚矮星。

如今，两颗星体以20.5分钟的周期高速绕转——也就是说，它们每20.5分钟就互相“转圈圈”一圈，换算成速度，相当于每小时1.2万公里，比地球公转速度快20多倍！

更神奇的是，它们还在持续“瘦身”。由于高速旋转，这个双星系统会向外辐射引力波（爱因斯坦1915年预言的“时空涟漪”），导致轨道能量不断损失，两颗星的距离会越来越近，轨道周期每年会缩短0.1秒——虽然看起来不多，但天文学家能通过观测这个变化，进一步验证引力波理论，相当于给宇宙装上了一台“引力波计时器”。

别小看这颗“迷你恒星”，它的发现不仅是“破纪录”，更给天文学研究打开了两个新窗口。

第一个价值是“验证理论”。过去国际天文学界对热亚矮星的形成有多种猜测，韩占文院士团队的“两次包层抛射”理论一直缺乏观测证据。而TMTS J0526的各项参数——0.33倍太阳质量的热亚矮星、0.74倍太阳质量的白矮星、20.5分钟的轨道周期——完美匹配理论预言，相当于给这个中国提出的理论“盖了章”，也让人类对恒星演化的理解更深入一步。要知道，恒星演化理论是研究宇宙起源的基础，搞懂这些“小个子恒星”的形成，就能更准确地推测宇宙中恒星的“生老病死”。

第二个价值是“引力波探测”。未来，人类计划发射空间引力波天文台（比如欧洲的LISA、我国的“天琴”“太极”），而TMTS J0526正是理想的“校准源”。它在毫赫兹频段辐射的引力波信号极强，天文台一旦升空，就能清晰捕捉到它的信号，相当于给探测设备“调准焦距”，帮助科学家更精准地寻找黑洞合并、中子星碰撞等更剧烈的宇宙事件。

更值得骄傲的是，这次发现的“功臣”——清华大学-马化腾巡天望远镜，是我国自主设计的多镜筒光学巡天设备。它自2020年运行以来，以1分钟一次的频率“凝视”北半球星空，累计收集了2700万颗恒星的数据，TMTS J0526就是从这些数据里“挖”出来的“宝藏天体”。这说明我国的天文观测设备已经具备捕捉“宇宙极端现象”的能力，不再依赖国外望远镜。

这颗“体积最小恒星”的发现，就像给天文学家打开了一扇小窗：原来恒星可以小到这种程度，宇宙中可能还藏着更多“迷你星”。

天文学家推测，这类通过“两次包层抛射”形成的热亚矮星，在宇宙中可能并不少见，只是因为它们体积小、亮度低（亮度只有太阳的几万分之一），很难被观测到。未来，随着TMTS望远镜继续“巡天”，以及我国“天琴”“太极”等引力波项目的推进，或许会有更多“宇宙小钢炮”被发现，甚至可能找到比这颗更小的恒星。

消息来源：中国科学院国家天文台官网2024年3月15日文章《最短轨道周期热亚矮星双星：验证21年前的理论预言》网址https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzNzA4MTIwNA==&mid=2247500402》