饥饿的白矮星解决恒星金属污染之谜

亡恒星被称为白矮星，其质量与太阳相似，大小与地球相似。它们在我们的银河系中很常见，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致密的白矮星球，使我们的银河系看起来像一个空灵的墓地。

尽管这些恒星残骸数量众多，但多年来，它们的化学成分一直是天文学家们的难题。许多致密天体表面存在硅、镁和钙等重金属元素，这一发现令人困惑，违背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表面，那么白矮星的密度就足够大，这些重金属应该会很快沉入核心，”JILA 研究生 Tatsuya Akiba 解释道。“所以，除非白矮星正在主动吞噬某种物质，否则你不应该在白矮星表面看到任何金属。”

虽然白矮星可以吞噬附近的各种物体，例如彗星或小行星(称为行星)，但这一过程的复杂性尚未得到充分探索。然而，这种行为可能是揭开白矮星金属成分之谜的关键，可能会带来关于白矮星动力学的令人兴奋的启示。

在 《天体物理学杂志快报》的一篇新论文中， Akiba 与 JILA 研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理和行星科学教授 Ann-Marie Madigan 和本科生 Selah McIntyre 一起，相信他们已经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，模拟了白矮星在形成过程中受到“出生冲击”的现象(这已被观察到)，这是由不对称质量损失引起的，从而改变了其运动和周围物质的动力学。

在 80% 的测试运行中，研究人员观察到，从发射开始，距离白矮星 30 至 240 天文单位范围内的彗星和小行星的轨道(相当于太阳与海王星之间的距离及更远)变得拉长并对齐。此外，随后被吞噬的行星中约有 40% 来自反向旋转(逆行)轨道。

研究人员还扩展了他们的模拟，以检查 1 亿年后白矮星的动态。他们发现，白矮星附近的行星仍然有细长的轨道，并作为一个连贯的单元移动，这是以前从未见过的结果。

“我认为这是我们理论的独特之处：我们可以解释为什么吸积事件持续如此之久，”麦迪根说。“虽然其他机制可以解释最初的吸积事件，但我们对冲击的模拟显示了为什么它在数亿年后仍会发生。”

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物体。

一切都与重力有关

由于麦迪根在 JILA 的研究小组专注于引力动力学，因此观察白矮星周围的引力似乎成为了研究的自然重点。

“模拟有助于我们了解不同天体物理物体的动态，”Akiba 说。“因此，在这个模拟中，我们将一堆小行星和彗星扔到比白矮星大得多的白矮星周围，看看模拟如何演变，以及白矮星会吞噬哪些小行星和彗星。”

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，观察白矮星如何与更大的行星相互作用。

正如 Akiba 所阐述的，“其他研究表明，小行星和彗星等小天体可能不是白矮星表面金属污染的唯一来源。因此，白矮星可能会吞噬更大的东西，比如行星。”

进一步了解太阳系的形成

这些新发现进一步揭示了白矮星形成的更多信息，这对于了解太阳系在数百万年间的变化至关重要。它们还有助于揭示太阳系的起源和未来演化，揭示更多有关其中涉及的化学反应。

“宇宙中绝大多数行星最终都会围绕白矮星运行，”麦迪根说。“其中 50% 可能会被恒星吞噬，包括我们自己的太阳系。现在，我们有一种机制来解释为什么会发生这种情况。”

“行星可以让我们了解我们居住的太阳区域以外的其他太阳系和行星组成，”麦金太尔补充道。“白矮星不仅仅是过去的镜头。它们也是未来的镜头。”

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