科研新聞
北京天文館科研人員利用TESS數(shù)據(jù)研究脈動白矮星星震
發(fā)布時間：2024年03月01日
近日,，北京天文館科學研究部郭金承副研究員與楚雄師范學院陳彥輝教授團隊,，清華大學教授王曉鋒團隊等合作,，從清華大學-馬化騰巡天望遠鏡(TMTS)數(shù)據(jù)中,，發(fā)現(xiàn)了一顆DA型脈動白矮星TMTS J1718,。結(jié)合后隨望遠鏡SNOVA尤其是TESS的優(yōu)質(zhì)觀測數(shù)據(jù),，他們利用星震學對這顆特殊白矮星的性質(zhì)進行了深入研究,。該研究成果于近期發(fā)表在國際知名SCI期刊《英國皇家天文學會月刊》(Monthly Notice of Royal Astronomical Society)上,。
TESS—凌日系外行星勘測太空望遠鏡是NASA使用SpaceX獵鷹9號火箭于2018年發(fā)射的系外行星搜尋衛(wèi)星望遠鏡,。初期目標是在為期兩年的太空飛行任務中,，對大約20萬顆比較亮的恒星進行觀測，最終希望能夠發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆新的系外行星,。作為開普勒(Kepler)望遠鏡的繼任者,，TESS的口徑?jīng)]有開普勒望遠鏡大。TESS由4個10厘米口徑的望遠鏡構(gòu)成,，而開普勒則是一米口徑的望遠鏡,，因此TESS的目標星都很亮(集中在10等左右)。TESS對一個天區(qū)會連續(xù)觀測近一個月,，而Kepler對同一個開普勒天區(qū)持續(xù)觀測超過了三年,。所以TESS連續(xù)觀測的時間也沒有開普勒長，但是其優(yōu)勢在于視場范圍更廣,，并且是對全天進行巡天,。因而在其尋找系外行星的主要目標之外，TESS也獲得了很多變星寶貴的近一個月時長的連續(xù)光變數(shù)據(jù),。
連續(xù)長時間的光變數(shù)據(jù)對于脈動白矮星的研究非常重要,，因為白矮星的脈動周期較其他脈動變星的周期短，典型周期僅為幾分鐘,。因此,，TESS近一個月的連續(xù)時長可以覆蓋非常多的脈動周期,。對比地面的望遠鏡，更有利于探測到脈動白矮星豐富的脈動頻率,，也不會由于白天或者天氣原因間斷觀測導致引入更多的假周期信號,。從而可以更精確的利用星震學深入研究白矮星的性質(zhì)。
通過對TMTS中白矮星光變的檢查,，TMTS J1718被發(fā)現(xiàn)為脈動白矮星候選體,。通過查找文獻發(fā)現(xiàn)，這個源在2021年被ZTF巡天數(shù)據(jù)所發(fā)現(xiàn),，通過ZTF和后續(xù)短時長的觀測發(fā)現(xiàn)了它的3個不同頻率的周期信號,。但是由于沒有后續(xù)的高質(zhì)量長光變數(shù)據(jù)，并沒有詳細的星震學分析,。而TMTS J1718正好在2022年5月至6月被TESS觀測過,，因此就具備了深入研究的堅實基礎(chǔ)。通過對TESS光變數(shù)據(jù)的細致分析,，科研人員證認出了13個頻率,，其中3個為組合頻率(圖1)。剩余10個頻率中,，有兩個為三分裂頻率,，一個是五分裂頻率。最終探測到了7個獨立的脈動頻率,。
圖1 基于TESS光變數(shù)據(jù)的頻譜圖證認了13個頻率
另一方面,，利用北京天文館科研部的高性能服務器，科研人員使用基于恒星演化模型MESA的脈動白矮星WDEC軟件計算了超過1400萬個模型網(wǎng)格,，獲得了迄今最大的脈動白矮星星震學模型,。然后對證認出的7個獨立頻率進行了星震學模型擬合。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開爾文,，表面重力為8.267+/-0.008，質(zhì)量為0.750+/-0.005倍太陽質(zhì)量,，核心的碳氧百分比分別為43%和57%,。其內(nèi)部化學元素占比輪廓也得到了精確的刻畫(圖2)。同時,，研究人員利用美國Lick天文臺的3米望遠鏡,，也對TMTS J1718進行了光譜觀測(圖3)。獨立的光譜擬合結(jié)果(有效溫度11670+/-604開爾文,，質(zhì)量0.70+/-0.23倍太陽質(zhì)量)也證實了星震學結(jié)果的可靠性,。另外，利用頻率證認中的3個分裂頻率,，通過理論計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,。
圖2 脈動白矮星TMTS J1718從中心到外部大氣的化學元素所占百分比的輪廓圖
圖3 美國Lick天文臺3米望遠鏡拍攝的光譜以及DA白矮星光譜擬合,。其中下圖里黑線為觀測光譜，紅色為模型光譜,。
該研究通過對TMTS J1718這顆脈動白矮星基于TESS優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的星震學分析,，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1400萬個模型網(wǎng)格，是迄今最大的星震學模型,。這些結(jié)果增加了具有星震學分析的脈動白矮星樣本數(shù)量,，更重要的是可以了解白矮星內(nèi)部的化學構(gòu)成和占比，幫助理解白矮星的構(gòu)造和演化,。
本項研究工作獲得了多項國家自然科學基金以及北科院北科學者,、創(chuàng)新培育等項目的資助。
論文鏈接：https://academic.oup.com/mnras/article/528/3/5242/7592020