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目前發(fā)現(xiàn)自旋最快的“吸血鬼恒星”正在不斷縮小，并將很快爆發(fā)

一張藝術(shù)想象圖，展示了白矮星從臨近恒星吸取物質(zhì)的過程（圖片來自羅伯特?李）

想象一個場景：你吃的越來越多，體重越來越重，但是身材卻變得越來越苗條。這聽起來就像做夢一樣不現(xiàn)實，尤其是當(dāng)你度過各種節(jié)日之后。但是，這種場景在宇宙中卻很可能真實存在。不幸的是，一顆死亡恒星的“節(jié)日大餐”將很快導(dǎo)致其在劇烈的超新星爆發(fā)后走向毀滅。這或許是宇宙在向我們展現(xiàn)“不勞而獲”的悲慘結(jié)果。

我們指的是一顆特殊的白矮星：它的半徑正在不斷縮小，顯示出其正在快速自旋，并像吸血鬼一樣從臨近恒星吸取物質(zhì)。雖然以我們有限的壽命來衡量，它不會很快發(fā)生超新星爆發(fā)，但是從宇宙的尺度下來看，它的爆發(fā)已經(jīng)迫在眉睫了。

我們正在研究的這顆白矮星（死去的恒星）是恒星HD 49798（距離地球1700光年，質(zhì)量約為太陽質(zhì)量的1.5倍）的伴星。天文學(xué)家從1997年就已經(jīng)開始追蹤這顆不斷發(fā)射X射線的天體了。到了2009年，歐洲空間局在軌運行的牛頓X射線望遠(yuǎn)鏡終于確認(rèn)它是一顆白矮星，并將其編號為RX J0648.0–4418。

1999年發(fā)射升空，重達(dá)3.8噸的牛頓望遠(yuǎn)鏡

這顆白矮星質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1.2倍，是目前為止發(fā)現(xiàn)的自旋最快的白矮星，它每13秒就會旋轉(zhuǎn)一周，比目前自旋速度排名第二的白矮星（LAMOST J0240+1952，自旋周期為25秒）快了幾乎一倍。如此高速的自旋現(xiàn)象，是無法單獨通過白矮星吞噬物質(zhì)過程來解釋的。

意大利國家天文物理研究所的科學(xué)家桑德羅?梅雷赫蒂通過研究證實：這顆白矮星高速自旋的原因是其正在不斷縮小。

梅雷赫蒂表示：“人們對這顆不斷吸積物質(zhì)的致密天體最疑惑的一點是：它的質(zhì)量和角動量增長的速度是比較慢的，但是其自旋速度卻在不斷加快?！?/p>

并且這顆白矮星的奇特之處不僅在于其自轉(zhuǎn)速度，它還構(gòu)成了目前僅見的一種特殊雙星系統(tǒng)：在這個系統(tǒng)中，白矮星從另一顆高演化階段、氦燃燒的熾熱次矮星吸取物質(zhì)，并對外發(fā)出X射線。

雙星系統(tǒng)示意圖，其中白矮星從另一顆恒星吸取物質(zhì)

梅雷赫蒂對此進(jìn)行了解釋：“這個雙星系統(tǒng)和其它任何X射線雙星系統(tǒng)都存在很大差異，這是唯一觀測到熾熱次矮星物質(zhì)被臨近白矮星吸取的雙星系統(tǒng)。在雙星系統(tǒng)中，這種狀態(tài)的持續(xù)時間非常短暫，因此觀測到這種系統(tǒng)是非常罕見的?！?/p>

宇宙中的吸血鬼和滑冰者

當(dāng)一顆質(zhì)量約為太陽8倍的恒星內(nèi)核物質(zhì)燒盡時，就會形成白矮星。這時，原本用于對抗引力的向外輻射能量過程會停止，導(dǎo)致恒星的內(nèi)核坍縮，而外層膨脹至最終消失，并失去大部分質(zhì)量。

這個過程通常會留下一顆孤零零的死亡恒星，就像太陽在50億年之后的結(jié)局那樣。但是對于存在伴星的白矮星，其卻可以通過不斷吸取物質(zhì)而“恢復(fù)生機(jī)”。這個過程會同時增加白矮星的自旋速度，導(dǎo)致其自旋變快。

梅雷赫蒂表示：“雙星系統(tǒng)中的白矮星從伴星吸取物質(zhì)時，被吸取的物質(zhì)會圍繞白矮星形成一個吸積盤。吸積盤的內(nèi)圈邊緣旋轉(zhuǎn)速度會大于白矮星的旋轉(zhuǎn)速度，因此當(dāng)物質(zhì)落向白矮星表面時，會對其施加一個力矩，從而提升白矮星的旋轉(zhuǎn)速度。”

橙色漩渦中央有一顆白色星核，其旁邊存在一顆明亮的藍(lán)色星體（圖片來自：弗朗西斯科?馬利戈迪，背景圖來自美國航空航天局、歐洲航天局和美國太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的布朗）

這意味著當(dāng)研究白矮星的自旋速度時，不僅需要考慮到其吸積物質(zhì)的過程，也需要考慮角動量的變化。但是，這些原因依然不足以解釋這顆白矮星的高速自旋現(xiàn)象。

梅雷赫蒂對此解釋說：“在物質(zhì)吸積速度和角動量增長速度之間，是存在著已知的關(guān)系的。也就是說，如果知道了物質(zhì)吸積速度，我們可以大致計算出來這顆白矮星自旋加速的具體數(shù)值，而白矮星的吸積速度又可以依據(jù)X射線的亮度進(jìn)行估算。但是最終的計算表明：這些因素并不足以解釋白矮星的高速自旋現(xiàn)象?！?/p>

那么還有什么其它原因呢？經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：如果這顆死去恒星因為收縮體積導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動慣量降低，那么它的自旋速度就可以得到解釋了！

我們可以用地球上一個常見的例子來說明一下：一個做旋轉(zhuǎn)動作的花樣滑冰運動員在收起手臂時，其旋轉(zhuǎn)速度會加快。

白矮星尺寸的縮小導(dǎo)致自旋加快，就像花樣滑冰運動員收縮手臂時的高速旋轉(zhuǎn)一樣。

梅雷赫蒂說：“白矮星在其生命的第一個百萬年之間，會出現(xiàn)尺寸的收縮，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)動慣量的改變，這可以解釋這顆白矮星的自旋加快現(xiàn)象。”

我們所觀測到的其它白矮星，其年齡都已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億年，而這顆白矮星的壽命只有幾百萬年，因此科學(xué)家們才有可能觀測到其收縮的過程。

如果研究一下這顆白矮星的壽命，會發(fā)現(xiàn)其可以稱得上是“短命”的天體！

這顆白矮星什么時候會發(fā)生爆炸？

RX J0648.0–4418這顆白矮星不僅僅是目前發(fā)現(xiàn)的自旋最快的白矮星，其質(zhì)量在白矮星中也是數(shù)一數(shù)二的！

這和其生命周期有關(guān)。

我們發(fā)現(xiàn)的大部分白矮星質(zhì)量都在0.6個太陽質(zhì)量附近，但這顆白矮星質(zhì)量大約是1.2個太陽質(zhì)量。這一點非常值得關(guān)注，因為這個質(zhì)量已經(jīng)接近了錢德拉塞卡極限質(zhì)量，也就是1.4個太陽質(zhì)量。

一旦達(dá)到錢德拉塞卡極限后，一顆星體就具備足夠的質(zhì)量成為超新星了。

這張圖展示了SN2014超新星，其是近年來爆發(fā)的距離地球最近的la型超新星。（圖片來自美國航空航天局、歐洲航天局、古珀（斯德哥爾摩大學(xué)）、哈勃遺產(chǎn)項目團(tuán)隊）

梅雷赫蒂說：“白矮星存在一個質(zhì)量的上限 – 大約是1.4個太陽質(zhì)量。而這顆白矮星已經(jīng)接近這個質(zhì)量上限，并且還在不斷吸取物質(zhì)。這顆白矮星何時會突破質(zhì)量上限變?yōu)槌滦悄?？不同的理論計算模型得到的結(jié)果雖然略有差異，但是都認(rèn)為小于10萬年?！?/p>

聽上去10萬年已經(jīng)非常長了，但這是以我們?nèi)祟悏勖鼇砜吹?，要知道太陽?dāng)前的歲數(shù)已經(jīng)達(dá)到了46億年。

梅雷赫蒂對此肯定：“10萬年在天文學(xué)的角度來看，是非常短暫的時間?！?/p>

并且這顆白矮星向超新星轉(zhuǎn)化的速度還會加快，因為隨著時間的推移，其伴星（白矮星的“物質(zhì)捐贈者”）自身的演化會導(dǎo)致白矮星吸積物質(zhì)的速度加快。