光明網(wǎng)訊（記者宋雅娟 肖春芳）7月7日，英國皇家天文學會月刊（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, MNRAS）在線發(fā)布了一重大發(fā)現(xiàn)：中國科學院云南天文臺韓占文領導的研究團組和澳大利亞國立大學的一個團組合作發(fā)現(xiàn)了一顆剛剛完成共有包層拋射的雙星，被拋射的共有包層正在以大約200公里/秒的速度離開雙星系統(tǒng)。

(資料圖片)

中國科學院云南天文臺研究員 中國科學院院士韓占文

雙星共有包層演化數(shù)值模擬

剛剛完成共有包層拋射的雙星藝術圖（繪圖：喻京川）

這是科學家第一次在觀測上發(fā)現(xiàn)雙星共有包層演化這一關鍵過程的直接證據(jù)——他們看到了被雙星拋向太空的膨脹的共有包層！這一重要發(fā)現(xiàn)將開啟人們通過天文觀測精確刻畫雙星共有包層演化這一重要過程的研究。

改寫恒星命運的關鍵過程：雙星共有包層演化

天空中絕大多數(shù)發(fā)光的天體都是恒星，恒星中大約一半位于雙星系統(tǒng)，它們在引力的作用下相互繞轉。

雙星演化會改變恒星既有的演化命運，解釋了恒星世界的絕大部分謎團，會形成雙黑洞、雙中子星等在現(xiàn)代天文學研究中占有重要地位的天體。

雙星共有包層演化示意圖

雙星演化有一個至關重要的過程被稱之為雙星共有包層演化：雙星中的一顆恒星由于物質損失劇烈膨脹，將另一顆恒星包裹在外包層內(nèi)，形成一個共有包層。

恒星的既有演化路徑被打斷，隨后的演化命運由共有包層演化過程決定，共有包層有可能被拋射，形成短周期雙星，或者兩顆恒星并合成一顆恒星。

從猜想到“看見”：開啟精確刻畫之路

雙星共有包層演化過程于1976年被提出，近半個世紀以來一直沒有被真正觀測到，使得科學家們很難知道這一階段真實發(fā)生了什么。

科學家通過澳大利亞國立大學2.3米寬視場望遠鏡和開普勒衛(wèi)星等觀測數(shù)據(jù)，在南半球發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球23000光年的密近熱亞矮星雙星J 1920，它的軌道周期在持續(xù)減小，周圍有一個正在膨脹的殼層，以大約200公里/秒的速度離開雙星。

J1920示意圖

這個膨脹的殼層被證明是正在被吹離的共有包層。雙星持續(xù)的軌道收縮表明，軌道角動量可以通過殘余物質和雙星的軌道運動摩擦損失，這是除了磁滯效應、引力波輻射和質量損失之外一種新的角動量損失機制。

這一發(fā)現(xiàn)的科學意義，不僅在于在觀測上首次直接看到了雙星共有包層演化的證據(jù)，還在于科學家們可以通過觀測來精確刻畫這一關鍵過程。在此之前，科學家們只能大致描述這一過程，不能精確地數(shù)值模擬，也沒有直接觀測證據(jù)。

附：國外天文學家對“中澳天文學家首次發(fā)現(xiàn)雙星共有包層演化直接證據(jù)”這一成果的點評

Philipp Podsiadlowski 英國牛津大學教授：

非常高興為李江丹等人的重大發(fā)現(xiàn)做一個點評。

該重大發(fā)現(xiàn)的一個特別之處在于，同時看到了一個雙星系統(tǒng)和大約10萬年前向外拋射的共有包層。該發(fā)現(xiàn)不僅證實了雙星系統(tǒng)中如何捕獲恒星，彼此旋進，最終拋射共有包層的過程；同時，也可以定量地檢驗共有包層演化過程，大力促進相關理論的發(fā)展。盡管仍需要更多的觀測來進一步進行限制該物理過程，我認為該工作是一個重大發(fā)現(xiàn)。

該工作是通過中澳兩國天文學家的一個緊密合作實現(xiàn)的。澳大利亞的SkyMapper項目就是為了發(fā)現(xiàn)像該工作中看到的這樣重要的目標源。在目前國際形勢如此緊張的情況下仍可以看到如此重要、緊密的科研合作，我感到非常高興！

Ashley Ruiter 新南威爾士大學堪培拉分校 高級講師

作者們發(fā)現(xiàn)了一個含有一顆低質量白矮星和一顆熱亞矮星的特殊雙星系統(tǒng)。 目前，熱亞矮星正在向其白矮星伴星轉移物質。盡管這樣的雙星系統(tǒng)被雙星演化模型所預言，但一直未被觀測到！

李江丹等人的發(fā)現(xiàn)對理解雙星演化非常重要。可以幫助我們理解不同暫現(xiàn)源的起源問題。比如，就像該工作中指出的一樣，該系統(tǒng)將來可能會演化成一個雙白矮星系統(tǒng)，最終并合形成R CrB變星（北冕R型變星）。目前，我們知道銀河系中大約有150顆R CrB變星，但它們的起源仍然不清楚。另外，該系統(tǒng)也可能是Ia型超新星的前身星；其也是重要的引力波源，將來可以被類似LIGO（激光干涉引力波天文臺）、LISA（空間引力波天文臺）等引力波探測器探測到。特別地，這樣系統(tǒng)中的兩顆雙星會靠的很近（即短軌道周期），將會是暫現(xiàn)源深度巡天項目（例如，魯賓天文臺大型綜合巡天望遠鏡，簡稱LSST）重要的目標。希望在接下來的幾年中，我們可以看到更多這樣的系統(tǒng)。

Brian Schmidt 澳大利亞國立大學校長 2011諾貝爾物理學獎獲得者

熱烈祝賀雙星演化共有包層的發(fā)現(xiàn)！能看到中澳天文學家這么卓有成效的合作太棒了。

大約25年前，我們通過Ia型超新星測距發(fā)現(xiàn)了宇宙在加速膨脹，從而推出了暗能量的存在。當前，世界各國的科學家們都在一起努力提高超新星測距精度，從而更好地理解宇宙加速膨脹，理解暗能量。實現(xiàn)這樣的科學目標就需要更好地理解Ia型超新星。Ia型超新星來自于雙星演化，而共有包層是理解雙星演化的關鍵。

1976年以來，共有包層作為一個假設模型被用來解釋雙黑洞、雙中子星和雙白矮星等致密雙星系統(tǒng)的形成。但是，共有包層演化從未被觀測直接證實。該重大發(fā)現(xiàn)為深入理解共有包層演化打開了新途徑。

看到中澳天文學家的合作可以獲得如此令人激動的成果太棒了！我很高興可以多次到訪中國，見證了中國天文學的飛速發(fā)展。我衷心祝愿中國天文的未來越來越好，并保持卓有成效的國際合作。