作者:任芳言 来源:中国科学报 发布时间:2020/4/24 12:50:04
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小,不代表不足道
——研究者发现小质量双星可致球状星团多星族现象

 

银河系中,球状星团是恒星分布最密集的地方,星团中的恒星以数十万计。

以往研究认为,一个星团里的恒星全部产生于同一次星云坍缩,这意味着恒星在同一时期诞生,其星球表面的碳、氧、钠等元素的丰度也保持一致。

但实际上,球状星团中超过半数的恒星表面元素丰度都不一样,这也被天文学家称为多星族现象。最近的一项研究显示,球状星团中质量相对较小的两个恒星之间会发生物质交换,而这可能是多星族现象产生的原因之一。

在4月份的《皇家天文学会月刊》上,中国科学院云南天文台博士生魏丹丹,研究员姜登凯、王博等人发表了他们的成果。通过计算和模拟,论文对球状星团中小质量双星间发生的物质交换进行了阐述。

多星族现象原因待解

球状星团中的恒星,都是银河系中的老前辈,它们是最早形成的一批恒星。星团内恒星分布更密集,所以彼此间更易相互影响、发生物质交换。弄清其运作机制,对理解恒星演化有重要意义。

论文第一作者、中科院云南天文台博士生魏丹丹告诉《中国科学报》,本次发表的研究中,用到了杜鹃座47等三个不同球状星团中未演化或初步演化恒星的观测数据。

“据观测,球状星团里,50%-70%的恒星表面丰度都有异常,具体表现如钠元素更多,而氧元素更少、碳元素更多,而氮元素更少。”魏丹丹表示,这些元素间的反相关,意味着恒星内部曾发生核反应。

此前,天文学家曾利用星团里中等质量和大质量的恒星设立模型,以阐释星团中恒星表面为何出现元素丰度异常。但目前来看,由现有模型推算出的元素丰度异常的恒星数量,与实际观测到的数量并不一致。

这意味着,还有相当一部分恒星表面的元素丰度异常没有找到原因。

此外,研究团队还注意到一个现象:“当未演化或初步演化的恒星发生核反应时,反应产生的物质会处于恒星内部,但我们却在恒星表面观测到了这些物质。”魏丹丹解释,这意味着恒星表面的丰度异常,原因可能来自外部。

他们将目光投向了球状星团中的小质量双星系统。

反客为主,双星系统间的物质交换

与“独自美丽”的单颗恒星相比,一些小质量恒星会与其它恒星结成对子,形成双星系统。“这也许是恒星丰度异常的原因”,魏丹丹表示。

接着,研究团队将星团中0.9-1.9倍太阳质量的小质量双星作为研究对象,他们发现,双星系统内的物质交换,实为一出“反客为主”的戏码。

双星系统中,质量相对更重的是主星,另一颗则为伴星,每颗恒星都有自己的“势力范围”,当率先演化的主星发生膨胀,其周围的物质会超过原有“势力范围”,从而被一旁的伴星吸引走。

两颗恒星质量差距越大、轨道距离越短,这种物质的转移就会越多。伴星越吸越多,甚至主星内部更深层的、经历过核反应的物质,也会被转移到伴星表面。此时,伴星的表面会出现元素丰度异常,即多星族现象。

“也就是我们观测到的钠氧反相关、碳氮反相关”,魏丹丹解释。

小质量双星系统中的物质交换模拟。(研究者供图)

最终,主星会演化成白矮星——这是绝大多数恒星的归宿,伴星虽然还未演化,但由于从主星处吸走不少物质,质量会比先前重得多。

该研究表明,小质量双星系统内发生的稳定物质转移,是球状星团中恒星元素丰度异常的原因之一,可帮助人们更好地理解球状星团的演化。

“球状星团多星族是一个非常有趣的课题,双星相互作用也是复杂且多变的”,姜登凯告诉《中国科学报》,“接下来,我们会进一步研究双星演化与球状星团中多星族现象间的关联。”

相关论文信息:DOI:10.1093/mnras/staa613

 
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