星海捞针 四川学者发现21颗极低质量白矮星候选体

10月13日，记者从西华师范大学获悉，该校研究团队与捷克科学院天文研究所和国家天文台合作，利用郭守敬望远镜（LAMOST）和欧洲航天局盖亚卫星天体测量数据，发现了21颗高置信度的极低质量白矮星候选体。该成果已发表在国际知名天文期刊《天体物理学报》上。

极低质量白矮星，是一种具有重要科学价值的氦白矮星，其质量一般小于0.3个太阳质量。它们的观测难度非常大，目前已知的极低质量白矮星只有100多颗。

这类天体有何特别之处？它们对探索宇宙有何重要性？为什么说要找到它们有如“大海捞针”？21颗候选体是如何找到的？记者专访了论文的第一作者、西华师范大学副研究员王坤。

夜空中超轻的星，竟然比宇宙还老？

记者：请您介绍一下，什么是白矮星，有我们熟悉的白矮星吗？

王坤：白矮星是一种光度低、密度大、体积小、表面温度较高的恒星。像太阳这样的恒星到了“风烛残年”，就会演变成白矮星。由于白矮星的内部将不再进行任何热核燃烧过程，只能依靠消耗残存的热量发光，因此它们将逐渐冷却变暗，近似于“油尽灯枯”。

夜空中最亮的恒星——天狼星，实际上是一个双星，由一颗主序星和一颗白矮星组成，这颗白矮星伴星是已知最大质量的白矮星之一。

记者：那极低质量白矮星又是什么类型的天体？它有什么特别之处？

王坤：它们最特别之处是质量特别小，一般小于0.3个太阳质量。作为一类具有重要科学价值的氦核白矮星，极低质量白矮星的形成过程被广泛研究。目前理论认为，单个恒星演化很难形成极低质量白矮星。

因为如果它们要从单星演化通道形成的话，其前身星质量必须足够小。然而我们知道在太阳金属丰度环境下，小于0.95个太阳质量的恒星的主序寿命比宇宙年龄都还要大。

天体物理学家们为何对它孜孜以求？

记者：极低质量白矮星是怎么形成的？

王坤：单个天体自行演化，很难形成极低质量白矮星。科学家对其来源有过各种推测。现有的观测资料显示，几乎所有的极低质量白矮星都处于双星系统中，其轨道周期从几十分钟到几十天，伴星可以是白矮星、中子星或A/F型矮星。

目前一个被广泛接受的观点就是——双星系统的相互作用。在一个双星系统中，一颗恒星被其伴星“袭击”，或通过别的形式剥离其外部包层物质。经过类似多次双星演化的物质交换，产生了极低质量白矮星。因此对天体物理来说，它是检验双星演化理论的重要天体。加之极低质量白矮星相较于经典的碳氧白矮星，其半径更大、亮度更高，观察相对更容易，它的科学价值就体现出来了。

记者：听说它们还和引力波有关？

王坤：对！这涉及它的另一大研究价值。我们知道，极低质量白矮星，基本处于双星系统中，其伴星也多为白矮星或中子星。这样含有致密伴星的、短轨道周期的极低质量白矮星双星系统，是重要的连续引力波源，能够被未来空间引力波探测器探测到。

引力波我们可以理解为电磁波的“兄弟”，科学家可以通过它来进一步探究和理解宇宙的基本物理规律。

寻找极低质量白矮星，到底难在哪里？

记者：为什么我们才只找出100多颗？

王坤：由于极低质量白矮星质量小，亮度暗，对观测设备的要求很高。目前已知的极低质量白矮星样本非常少，仅有100多颗，限制了这种极低质量白矮星的深入研究。

但是，天文学界不乏对此孜孜以求的学者。自2009年起，哈佛-史密松森天体物理中心沃伦·布朗教授领衔的研究团队，就开展了极低质量白矮星巡天项目，目前已发现的100多颗极低质量白矮星，大多是他们的成果。

记者：你们是用什么方法“大海捞针”？

王坤：广撒网。必须要强调的是，我们的发现是基于前人的基础，特别是依赖于郭守敬望远镜（LAMOST）这个重大科技基础设施。

我们和捷克科学院天文研究所和国家天文台合作，将前人基于盖亚卫星第二期数据挑选的5762颗极低质量白矮星候选体，与LAMOST第八次光谱巡天数据进行交叉，得到136颗候选体的LAMOST低分辨率光谱。

另外，交叉获得12颗已知极低质量白矮星的LAMOST低分辨率光谱。然后利用LAMOST光谱测量出目标的大气参数。通过对比12颗已知极低质量白矮星的大气参数，研究人员确认了其中6颗极低质量白矮星的性质，从而证实了利用LAMOST搜寻和研究这类特殊天体的可能性。

结合盖亚卫星第三期数据和极低质量白矮星的理论演化模型，研究人员获得21颗高置信度的极低质量白矮星候选体，为扩充极低质量白矮星的数量奠定了基础。（四川日报全媒体记者 徐莉莎）