2019年1月4日
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《自然·天文学》报道周济林课题组在白矮星吞噬行星物质演化研究中取得的重要进展

最近,周吉林的天文学与空间科学学院研究小组提出了白矮星尘埃和白矮星的大气金属污染演化模型,揭示了白矮星吞噬周围行星物质的演化规律。 。受污染的单个白矮星的幂律衰变演变场景于2018年11月6日在《自然·天文学》上发表(文章链接:https://www.nature.com/articles/s41550-018-0609-7)。

白矮星是恒星演化的最终产物,初始质量小于太阳质量的八倍。银河系中超过97%的恒星(包括太阳)演变成白矮星。白矮星周围的残余行星系统可以为研究行星系统的演化,性质和命运提供重要线索。

在过去的二十年中,在数百个白矮星的大气层中观察到了金属元素,其中大约35个被白矮星圆盘包围。目前的主流观点是它们与小行星有关,这些小行星吞噬了它们周围的其余行星系统。然而,这两种现象的动态和演变以及这两种现象之间的关系尚不清楚。

利用斯皮策太空望远镜(斯皮策)和斯隆数字天空调查(SDSS),研究小组选择了所有白矮星单星系统(总共846个),具有大气钙丰度和有效温度。金属质量增加率和白矮星的年龄。通过分析这些数据,研究小组首先发现白矮星吞噬它周围的物质质量(质量增加率)的速率表现出随时间推移的分段幂律衰减。结合前人的工作,研究小组给出了这样一个理论解释:在外部巨行星的扰动下,:小行星进入白矮星的罗氏极限,并在潮汐作用和碰撞下变成灰尘;尘埃在恒星(主要是斜坡)中辐射在Yinting-Robertson效应的影响下,它积聚在白矮星大气中(图1)。通过数值模拟和理论推导,研究团队获得了理论模型的预期增长率,与观测数据吻合良好。

图1:理论模型的示意图。小行星在外面的木星的作用下,到达白矮星周围,逐渐演变成尘埃。尘埃在恒星辐射的作用下进入白矮星大气层。通过观察统计,发现质量增加率表现为随年龄增长的分段幂律衰减(绿线),与理论模型吻合良好。

基于观测统计,数值模拟和理论推导,研究团队获得了完整的进化图像(图2)。在白矮星金属污染的早期阶段(小行星吸积过程),其可观测时间尺度的相对比例(约8%)对应于观测概率的相对比例(2%-16%),第一个定量相对比例对两种现象的观察结果进行了解释,给出了两种现象的动力学机制和演化过程。该模型的成功还意味着白矮星及其前身主序星周围的巨行星和小行星带的盛行。

图2:白矮星盘和金属污染物的演变。绿色区域表示可被尘盘检测到的年龄范围,黄色区域表示可通过金属污染检测到的年龄范围。

十大网赌平台天文空间科学学院周金林教授和谢继伟副教授是这项工作的作者。博士生陈迪昌是该文章的第一作者。研究小组还包括助理研究员杨明,副教授张辉,副教授刘惠根,梁恩思博士,余周毅和杨嘉璐博士来自行星组。该研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院LAMOST奖学金专项基金的支持。

(天文学和空间科学学院,科学技术部)