北京天文館科學(xué)研究部郭金承助理研究員與楚雄師范學(xué)院陳彥輝教授,，北京天文館館長(zhǎng),、清華大學(xué)教授王曉鋒團(tuán)隊(duì)等合作，從清華大學(xué)-馬化騰巡天望遠(yuǎn)鏡(TMTS)數(shù)據(jù)中，發(fā)現(xiàn)了一顆新的DA型脈動(dòng)白矮星TMTS J2345,。結(jié)合后續(xù)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù),，他們利用星震學(xué)對(duì)這顆白矮星的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究,。該研究成果于近期發(fā)表在國(guó)際知名SCI期刊《英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)月刊》(Monthly Notice of Royal Astronomical Society)上,。

TMTS望遠(yuǎn)鏡位于河北興隆觀測(cè)站，是由4個(gè)40厘米鏡筒組成的總共18平方度視場(chǎng)的巡天望遠(yuǎn)鏡,。該望遠(yuǎn)鏡成像使用了4個(gè)4k*4k像素的CMOS相機(jī),，使得數(shù)據(jù)讀出時(shí)間小于1秒，可以用來進(jìn)行連續(xù)高速測(cè)光,。自從2020年開始運(yùn)行以來,，TMTS已經(jīng)累積超過一千萬條不間斷的光變曲線，為特殊白矮星的光變研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)來源,。

脈動(dòng)是一種恒星中特殊的現(xiàn)象,，大多是由于大氣不透明度規(guī)律變化造成的星體不斷累積壓力時(shí)大氣膨脹，釋放壓力后大氣收縮的重復(fù)過程,。較為有名的是造父變星和天琴RR變星,。脈動(dòng)白矮星是一種更特殊的脈動(dòng)變星，是由自身內(nèi)部非徑向脈動(dòng)造成星體不停收縮和膨脹而導(dǎo)致光度變化的特殊白矮星,。非徑向表明其某一部分在向外膨脹的同時(shí),，其他部分可能在向內(nèi)收縮，而不是造父變星那樣各向同性的整體膨脹或收縮,。白矮星的脈動(dòng)會(huì)通過重力波形式在內(nèi)部傳導(dǎo),。類似于地震波一樣，脈動(dòng)也被稱為星震,。星震學(xué)是用類似研究地震一樣的手段,，利用震動(dòng)頻率來獲得恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的學(xué)科,。

通過對(duì)TMTS中白矮星光變的檢查,，TMTS J2345被發(fā)現(xiàn)為可能的脈動(dòng)白矮星候選體。通過5個(gè)夜晚的后續(xù)測(cè)光觀測(cè)以及對(duì)光變數(shù)據(jù)的頻譜圖分析證認(rèn)出6個(gè)不同的脈動(dòng)頻率(圖1),。然后利用基于恒星演化模型MESA的脈動(dòng)白矮星WDEC軟件計(jì)算出的高達(dá)756萬個(gè)理論模型,，對(duì)證認(rèn)出的6個(gè)脈動(dòng)頻率進(jìn)行星震學(xué)模型擬合。

圖1 頻譜圖證認(rèn)了6個(gè)脈動(dòng)頻率

利用計(jì)算演化出的海量理論模型,，擬合結(jié)果獲得了精確的白矮星的基本參數(shù)以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息,。結(jié)果表明TMTS J2345的有效溫度為12110+/-10開爾文，質(zhì)量為0.760+/-0.005倍太陽質(zhì)量,，核心的碳氧百分比分別為27%和73%,。脈動(dòng)白矮星內(nèi)部化學(xué)元素占比輪廓也獲得了精確的刻畫(圖2),。研究人員利用美國(guó)Lick天文臺(tái)的3米望遠(yuǎn)鏡，同時(shí)也對(duì)TMTS J2345進(jìn)行了光譜觀測(cè),。獨(dú)立的光譜擬合結(jié)果(有效溫度11778+/-617開爾文,，質(zhì)量0.84+/-0.20倍太陽質(zhì)量)也證實(shí)了星震學(xué)結(jié)果的可靠性。

圖2 脈動(dòng)白矮星從中心到外部大氣的化學(xué)元素所占百分比的輪廓示意圖

另外根據(jù)TESS對(duì)TMTS J2345觀測(cè)的分析可探測(cè)到一個(gè)3.39小時(shí)的周期,。由于白矮星3角秒距離內(nèi)有一顆M矮星且TESS相隔一年的觀測(cè)周期信號(hào)強(qiáng)度顯著下降,，因此3.39小時(shí)的周期應(yīng)該是M矮星自轉(zhuǎn)周期。由于白矮星和M矮星投影距離較近,，徑向距離約有10光年,，所以它們可能是被瓦解后的雙星系統(tǒng),。研究中還分析了可能的瓦解原因并進(jìn)一步對(duì)白矮星的前身星性質(zhì)以及雙星演化進(jìn)行了估算和限制。

通過對(duì)新的脈動(dòng)白矮星的發(fā)現(xiàn)以及星震學(xué)分析,，可以對(duì)白矮星的基本參數(shù)進(jìn)行精確估計(jì)，有利于對(duì)其他方式估算的結(jié)果進(jìn)行修正,。更重要的是可以了解內(nèi)部的化學(xué)構(gòu)成,，幫助理解白矮星的形成和演化。隨著北京天文館雙筒巡天望遠(yuǎn)鏡（R2Pub）的順利運(yùn)行,，相信會(huì)有更多特殊的白矮星被挖掘研究,。

本項(xiàng)研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金以及北科院北科學(xué)者、創(chuàng)新培育項(xiàng)目的資助,。

論文鏈接：https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/523/1/1591/7176080

文/圖  北京天文館 郭金承