近日,，北京天文館科學(xué)研究部郭金承副研究員與楚雄師范學(xué)院陳彥輝教授團(tuán)隊(duì),，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DA型脈動(dòng)白矮星TMTS J1718,。結(jié)合后隨望遠(yuǎn)鏡SNOVA尤其是TESS的優(yōu)質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù),，他們利用星震學(xué)對(duì)這顆特殊白矮星的性質(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,。

TESS—凌日系外行星勘測(cè)太空望遠(yuǎn)鏡是NASA使用SpaceX獵鷹9號(hào)火箭于2018年發(fā)射的系外行星搜尋衛(wèi)星望遠(yuǎn)鏡,。初期目標(biāo)是在為期兩年的太空飛行任務(wù)中，對(duì)大約20萬(wàn)顆比較亮的恒星進(jìn)行觀測(cè),，最終希望能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆新的系外行星,。作為開(kāi)普勒(Kepler)望遠(yuǎn)鏡的繼任者,，TESS的口徑?jīng)]有開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡大。TESS由4個(gè)10厘米口徑的望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成,，而開(kāi)普勒則是一米口徑的望遠(yuǎn)鏡,，因此TESS的目標(biāo)星都很亮(集中在10等左右)。TESS對(duì)一個(gè)天區(qū)會(huì)連續(xù)觀測(cè)近一個(gè)月,，而Kepler對(duì)同一個(gè)開(kāi)普勒天區(qū)持續(xù)觀測(cè)超過(guò)了三年,。所以TESS連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間也沒(méi)有開(kāi)普勒長(zhǎng)，但是其優(yōu)勢(shì)在于視場(chǎng)范圍更廣,，并且是對(duì)全天進(jìn)行巡天,。因而在其尋找系外行星的主要目標(biāo)之外，TESS也獲得了很多變星寶貴的近一個(gè)月時(shí)長(zhǎng)的連續(xù)光變數(shù)據(jù),。

連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的光變數(shù)據(jù)對(duì)于脈動(dòng)白矮星的研究非常重要,，因?yàn)榘装堑拿}動(dòng)周期較其他脈動(dòng)變星的周期短，典型周期僅為幾分鐘,。因此,，TESS近一個(gè)月的連續(xù)時(shí)長(zhǎng)可以覆蓋非常多的脈動(dòng)周期。對(duì)比地面的望遠(yuǎn)鏡,，更有利于探測(cè)到脈動(dòng)白矮星豐富的脈動(dòng)頻率,，也不會(huì)由于白天或者天氣原因間斷觀測(cè)導(dǎo)致引入更多的假周期信號(hào)。從而可以更精確的利用星震學(xué)深入研究白矮星的性質(zhì),。

通過(guò)對(duì)TMTS中白矮星光變的檢查,，TMTS J1718被發(fā)現(xiàn)為脈動(dòng)白矮星候選體。通過(guò)查找文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),，這個(gè)源在2021年被ZTF巡天數(shù)據(jù)所發(fā)現(xiàn),，通過(guò)ZTF和后續(xù)短時(shí)長(zhǎng)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了它的3個(gè)不同頻率的周期信號(hào)。但是由于沒(méi)有后續(xù)的高質(zhì)量長(zhǎng)光變數(shù)據(jù),，并沒(méi)有詳細(xì)的星震學(xué)分析,。而TMTS J1718正好在2022年5月至6月被TESS觀測(cè)過(guò)，因此就具備了深入研究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。通過(guò)對(duì)TESS光變數(shù)據(jù)的細(xì)致分析,，科研人員證認(rèn)出了13個(gè)頻率，其中3個(gè)為組合頻率(圖1),。剩余10個(gè)頻率中,，有兩個(gè)為三分裂頻率，一個(gè)是五分裂頻率,。最終探測(cè)到了7個(gè)獨(dú)立的脈動(dòng)頻率,。

圖1 基于TESS光變數(shù)據(jù)的頻譜圖證認(rèn)了13個(gè)頻率

另一方面,，利用北京天文館科研部的高性能服務(wù)器,，科研人員使用基于恒星演化模型MESA的脈動(dòng)白矮星WDEC軟件計(jì)算了超過(guò)1400萬(wàn)個(gè)模型網(wǎng)格,，獲得了迄今最大的脈動(dòng)白矮星星震學(xué)模型。然后對(duì)證認(rèn)出的7個(gè)獨(dú)立頻率進(jìn)行了星震學(xué)模型擬合,。擬合結(jié)果獲得了這顆白矮星精確的基本參數(shù)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息,。結(jié)果表明TMTS J1718的有效溫度為11640+/-20開(kāi)爾文，表面重力為8.267+/-0.008,，質(zhì)量為0.750+/-0.005倍太陽(yáng)質(zhì)量,，核心的碳氧百分比分別為43%和57%。其內(nèi)部化學(xué)元素占比輪廓也得到了精確的刻畫(圖2),。同時(shí),，研究人員利用美國(guó)Lick天文臺(tái)的3米望遠(yuǎn)鏡，也對(duì)TMTS J1718進(jìn)行了光譜觀測(cè)(圖3),。獨(dú)立的光譜擬合結(jié)果(有效溫度11670+/-604開(kāi)爾文,，質(zhì)量0.70+/-0.23倍太陽(yáng)質(zhì)量)也證實(shí)了星震學(xué)結(jié)果的可靠性。另外,，利用頻率證認(rèn)中的3個(gè)分裂頻率,，通過(guò)理論計(jì)算也獲得了這顆白矮星可靠的自轉(zhuǎn)周期為25.12+/0.18小時(shí)。

圖2  脈動(dòng)白矮星TMTS J1718從中心到外部大氣的化學(xué)元素所占百分比的輪廓圖

圖3 美國(guó)Lick天文臺(tái)3米望遠(yuǎn)鏡拍攝的光譜以及DA白矮星光譜擬合,。其中下圖里黑線為觀測(cè)光譜,，紅色為模型光譜。

該研究通過(guò)對(duì)TMTS J1718這顆脈動(dòng)白矮星基于TESS優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的星震學(xué)分析,，獲得了它精確的基本參數(shù),，自轉(zhuǎn)周期以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。該研究也第一次使用了超過(guò)1400萬(wàn)個(gè)模型網(wǎng)格,，是迄今最大的星震學(xué)模型,。這些結(jié)果增加了具有星震學(xué)分析的脈動(dòng)白矮星樣本數(shù)量，更重要的是可以了解白矮星內(nèi)部的化學(xué)構(gòu)成和占比,，幫助理解白矮星的構(gòu)造和演化,。

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

論文鏈接：https://academic.oup.com/mnras/article/528/3/5242/7592020