白矮星光谱中藏有行星消息

白矮星是低质量恒星燃烧完核心的氢所残留下的碳氧核心,然而光谱观测发现其大气多是由氢和氦组成。此差异主要因其表面重力较大,产生分层效应(较重的元素沉淀较快)较明显,比氦重的元素在很短时间(和冷却时间相比)内就沉淀,使得大气多是由氢和氦组成。大气虽然占白矮星质量不超过1%,但是其透明度会影响其冷却时间。

白矮星的光谱分类是由D加上根据贡献谱线主要特征元素的描述,例如DB分类的白矮星光谱中主要有氦的谱线。约有25~50%的白矮星大气有金属存在,研究发现其来自受其潮汐力扯散的行星碎片,因吸积进入白矮星大气而形成。分析带有金属谱线的白矮星光谱,是测量行星组成的有力工具之一,研究发现其组成多与类地行星相似。科学家也在约75%的DB型白矮星中发现氢谱线,其来源还无法确定,可能来自演化成白矮星的恒星、吸积外部天体或星际介质,或从内部大气而来。因有金属谱线的白矮星大气,含有氢谱线的比例较高,推测有些氢是来自吸积的行星碎片。

本研究使用威廉赫歇尔望远镜和凯克望远镜分析GD 424白矮星,已知其氦大气中有金属及许多氢谱线。研究人员拟合合成光谱、不同滤镜亮度和来自盖亚太空望远镜的视差以获得光谱,并借此推得GD 424的物理性质,如温度约16560 K、质量约0.01倍太阳质量、大小约0.01太阳半径并估计其冷却时间约为2.15亿年。也从光谱中辨认出11种金属物质及其含量,科学家认为吸积事件处于增加或稳定状态,而被分解的行星碎片组成类似CI球粒陨石(碳质球粒陨石的一种)或地球。白矮星大气中部分的氢是早期由富含水的行星碎片吸积而来。

上方显示白矮星的光谱,横轴为波长(单位为埃)纵轴为其强度。右上角说明栏指出颜色代表不同元素的谱线,由上而下分别为氢(H)、氦(He)、氧(O)、镁(Mg)、硅(Si)、钙(Ca)。可发现金属谱线较窄而氢氦谱线较宽。(Source:arxiv.org)

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