科学家揭开白矮星吸食行星物质的奥秘

银河系中数以千亿计的恒星有怎样的宿命？它们中的绝大多数都会演化成白矮星。在白矮星演化过程中，环绕在其周围的尘埃盘及大气金属污染的形成机制一直为研究者所关注。

 

最近，天文学者找到了这两种观测现象之间的联系，并提出了演化模型。相关论文于11月6日发表在《自然—天文》上。南京大学博士陈迪昌为论文第一作者，南京大学天文与空间科学学院教授周济林、副教授谢基伟为通讯作者。

 

白矮星体积与地球相当，质量却是恒星级别，且温度很高，散发出白色光芒。“因为‘又白又小’的特性，所以叫白矮星。”谢基伟告诉《中国科学报》记者。

 

作为致密星体，白矮星有强大的引力，在演化过程中会“吸食”靠近的小行星。谢基伟表示，“白矮星食量就这么多，若靠近的小行星数量过多，一时消化不了，就会在其周围堆积形成尘埃盘。”

 

白矮星的大气金属污染又是如何形成的？陈迪昌表示，靠近白矮星的小行星受引力作用被撕裂，不断发生碰撞、形成尘埃。“这些颗粒会在白矮星本身辐射作用下，一步步进入白矮星表面。小行星上的岩石固体中包含的金属元素也被白矮星一起吸入，从而形成金属污染。”

 

白矮星的尘埃盘与其大气中的金属污染究竟是什么关系？陈迪昌告诉记者“我们发现，凡是被尘埃盘围绕的白矮星，也可以同时观测到金属污染。而白矮星比较‘年轻’的时候，才能在其周围观测到尘埃盘。到演化后期，尘埃盘基本消失，但金属污染依然存在。”

 

通过分析观测数据、数值模拟和理论推导，研究发现不同演化阶段中，白矮星吸积率遵循着前慢后快的幂律衰减。

 

“在巨行星摄动作用下，小行星进入到白矮星周围，进入小行星的数目随时间幂律衰减。前期进入的小行星很多，白矮星吸积速率与其本身‘消化能力’有关，反应出白矮星‘有多能吃’，呈现为下降较为缓慢的幂律衰减。到后期，白矮星周围小行星较少，吸积率迅速下降，因为此时外来物质都能被白矮星‘消化’，吸积速率取决于外来物质的量有多少，反应的是小行星在木星摄动下进入白矮星周围的补充过程。”陈迪昌表示。

 

本研究首次定量地解释了白矮星尘埃盘及金属污染两种现象观测的相对比例，给出了相应的动力学机制和演化过程。

 

相关论文：https://doi.org/10.1038/s41550-018-0609-7

 

 

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白矮星演化过程中的不同阶段。图片出自采访对象文章。

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