小如月亮，重如太阳，一颗特立独行的白矮星

史上最小、密度最大的白矮星是以月球体积包裹了太阳质量的恒星遗体

（图解：在这幅艺术创作中，白矮星ZTF J1901+1458出现在月球上方；事实上，这颗白矮星位于天鹰座，距离地球130光年。 图源：Giuseppe Parisi）

一项研究发现，天文学家可能找到了史上最小且最重的白矮星，它是缓慢冷却的恒星余烬，和月球差不多大，质量是地球的45万倍。

中等大小的恒星燃料耗尽、外层脱离后留下死星，其冷却、黯淡的核心就是白矮星，通常与地球差不多大。和大约97%的恒星一样，太阳也会在某一天变成白矮星。

尽管太阳在宇宙中没有任何恒星伴侣，但许多恒星是成对互相绕行的。当双星的质量皆少于太阳质量的八倍，假以时日就都会发展成白矮星。

新发现的白矮星被标记为ZTF J1901+1458，它距离地球130光年，可能会是白矮星成对合并的一个例子。如果这两颗白矮星更重一些，它们就会发生猛烈的热核爆炸，也就是Ia型超新星。可是如果它们的加总质量低于某一阈值，它们就会形成一个重于二者任意一方的新白矮星。科学家们认为ZTF J1901+1458就属于这么一种情况。

（图解：这副艺术创造构想了一对每39分钟相互绕行一次的白矮星融合燃烧形成的新的氦燃烧恒星。 图源：David A. Aguilar/哈佛史密森天体物理学中心）

“我们发现了迄今为止最重且最小的白矮星。”研究第一作者、帕萨迪纳加州理工学院（California Institute of Technology in Pasadena）天体物理学家伊拉莉亚·卡亚佐（Ilaria Caiazzo）告诉太空网（Space.com）。

这一发现是通过加州帕罗玛山天文台（Palomar Observatory）兹维基瞬变设施（Zwicky Transient Facility ，简称ZTF）实现的。ZTF每两晚对整个北方天空进行一次巡视，寻找发生闪烁、爆炸、移动或类似亮度变化的星体。研究协同作者、帕萨迪纳加州理工学院天体物理学家凯文·伯奇（Kevin Burdge）因为这颗白矮星质量极大、自旋极快而首个发现了它。

研究者们使用了多台望远镜来分析这颗约莫一亿岁甚至更年轻的死星。他们用到了帕洛玛山天文台的海尔望远镜（Hale Telescope），凯克天文台（W. M. Keck Observatory）的凯克望远镜Ⅰ（Keck telescope），欧洲盖亚空间天文台（European Gaia space observatory），美国夏威夷大学泛星计划——全称全景巡天望远镜和快速反应系统（Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System，简称Pan-STARRS）和NASA尼尔·格雷尔斯雨燕天文台（Neil Gehrels Swift Observatory）。

科学家们发现，这颗白矮星宽约2670英里（4300千米），稍大于直径约2158英里（3474千米）的月球。ZTF J1901+1458如此小的尺寸使它成了迄今被发现的最小白矮星，超越了此前的纪录保持者RE J0317-853和WD 1832+089，后两者的直径皆约为3100英里（5000千米）。

同时这颗新发现的白矮星质量约为太阳的1.35倍，因此可能是已发现的最重白矮星。

“最重的白矮星同时是最小的白矮星，这可能有些违背直觉。”卡亚佐说。她又补充道，受重力和其他因素的影响，白矮星越重，体积就越小。

（图解：白矮星是致密的恒星尸体。 图源：Future）

这颗白矮星差点就超过了一般认为白矮星发生爆炸的质量阈值。“这真的是极限了，”卡亚佐说，“但凡再重一点点，它都会炸的。”

它的自转很快，每七分钟转一周。据研究人员称，它的一对前身星盘旋融合在了一起，结果ZTF J1901+1458继承了它们融合后的高速旋转状态。（已知转速最快的白矮星是EPIC 228939929，它每5.3分钟自转一周）。

它的高转速也为它带来了强大的磁场，超过地球磁场的10亿倍。“所有这些特性——它的质量、转速和强大磁场——都表明这颗白矮星的诞生与普通的白矮星不同。”卡亚佐说。

它的质量太大了，随着核心巨大压强迫使其电子与原子核中的质子融合形成中子，它很可能进一步坍缩。“它可能会变得比月亮还小。”卡亚佐说，也许缩小到1240到1865英里（2000到3000千米）宽。

（图解：科学家可以通过超新星残余形状判断爆炸类型。左图展现了大质量恒星坍缩为超新星时留下的不对成残余，右图展现了Ia型超新星留下的对称残余。 图源：NASA/CXC/UCSC/L. Lopez等）

卡亚佐说，如果它真的缩小了，那么在1亿到2亿年之后的某个时刻，它可能会变得不稳定，并发生Ia型超新星热核爆炸。另一种可能性是它捕获了足够多的电子，随后坍缩为一颗丰中子死星，即中子星。

“中子星是一种致密星体，同时具有太阳的质量和人类城市的大小，比这颗白矮星的情况还要极端。”卡亚佐说。

白矮星坍缩为中子星时，原子于其核心融合很可能在短短数小时或数天内释放巨量的热。“整个白矮星会迅速燃烧。”卡亚佐说。

（图解：巨星超新星爆炸死亡，核心坍缩，其原子和电子融合产生种子，形成中子星。 图源：NASA/Dana Berry）

卡亚佐解释说，一般认为中子星是远重于太阳的恒星发生超新星爆炸时形成的。假如巨白矮星也可以坍缩为中子星，那么，可能有相当数量的中子星就是如此形成的。但如果白矮星缩小的速度赶不上其核心冷却形成固体结晶的速度，它可能就不会坍缩为中子星。

“我们不知道这种坍缩会否发生；也不知道当坍缩发生后会产生怎样的结果，”卡亚佐说，“但如果白矮星能生成中子星，那这将会是一种很普遍的中子星形成方式。”

科学家们希望未来可以通过ZTF找到更多这样的白矮星，并对白矮星整体进行分析。

（图解：这张全天空星图展现了欧空局盖亚卫星发现的23万个白矮星。 图源：宇宙星图Gaia Sky；S. Jordan / T. Sagristà；德国海德堡大学天文学中心天文计算研究所）

“还有太多需要解决的问题，例如星系中白矮星的融合率是多大，它是否足以解释Ia型超新星的数量？”卡亚佐在声明中写道，“在这种强力的事件中产生的磁场是怎样的？白矮星的磁场强度为何会有如此显著的差异？找出大量由融合中诞生的白矮星将帮助我们解答所有这些以及更多的疑问。”

BY:Charles Q. Choi

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