“高龄”双星有“高冷的心”
◎本报记者 金 凤
太阳附近的大多数恒星是由相同丰度的元素构成的。但有一类被称为亚矮星的特殊天体，其碳和铁等重元素的含量要少得多。这些亚矮星中温度最低的被称为超冷亚矮星，包括极小质量恒星与褐矮星。超冷亚矮星很难被研究刻画，它们不仅暗淡且会随着时间推移而冷却，其年龄也无法被直接测量。
不过，这一难题近日被攻克。科技日报记者日前从南京大学获悉，该校副教授张曾华领衔的国际研究团队最近发现了首个白矮星+超冷亚矮星双星系统——VVV1256-62AB，并将其年龄确定为约105亿年。该系统中的伴星VVV1256-62B也成为首个L型亚矮星年龄基准。相关论文近日发表于国际期刊《皇家天文学会月刊》。
双星高速“出逃”银河系
“VVV1256-62B最初被认定为超冷亚矮星，是因为它有很高的角速度。”论文通讯作者兼第一作者张曾华介绍，VVV1256-62B处于一个距离太阳250光年的宽距双星系统中，其主星是一颗冷白矮星VVV1256-62A。这两颗星相距约1400个天文单位（1个天文单位接近1.5亿千米，即地球与太阳之间的平均距离），绕行周期约6万年，它们在星空以相同的速度和方向运动。
2019年，张曾华等人使用欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）观测了VVV1256-62B的光学光谱和近红外光谱，并将其确认为L3型超冷亚矮星。
“由于VVV1256-62A在红外波段太暗，且位于背景星较多的银盘区域，因而很长时间没有被探测到。但幸运的是，VVV1256-62AB在光学波段都足够明亮，所以后来被欧洲航天局的盖亚空间天文台探测到了。”张曾华说。
通过分析盖亚空间天文台发布的数据，科研团队发现VVV1256-62A和VVV1256-62B这两颗天体不仅保持着恒定的距离，而且以相同速度和方向移动，所以确认它们是个宽距双星系统。研究还发现，目前这两颗天体正经过太阳附近区域，并以约406千米/秒的速度远离银河系中心。
“这对双星运动速度非常高，但还不足以逃离银河系。因此，我们能根据其当前位置、距离、角速度和径向速度来计算其在银河系中的轨道。”论文合著者、西班牙加泰罗尼亚理工大学研究人员罗伯托·拉迪说。该双星的银河系轨道沿着银盘分布且偏心率很大，每4亿年经过距离银河系中心3千光年的轨道。由于该双星的速度如此之快，它们在最远点时距离银河系中心10万光年。这种偏心轨道的起源尚不明确，但可能与原位内层银晕的存在或银河系与卫星星系过去的合并有关。
为超冷亚矮星“画像”
两颗星的关系和运动轨迹得到确认后，它们的“身份”成为团队的另一个关注点。
“我们通常假设超冷亚矮星的年龄在80亿年至140亿年，与银河系晕中的其他恒星年龄相仿。但这一假设从未得到观测证实。”张曾华说。VVV1256-62AB的发现，为科研人员提供了通过白矮星估算超冷亚矮星年龄的机会。
“两颗星如果构成一个双星系统，通常被认为是同时诞生的。白矮星的年龄相对容易确定，我们建模后计算出VVV1256-62A的年龄约为105亿年。”张曾华说，这意味着VVV1256-62B的年龄也约为105亿年。
“VVV1256-62B提供了首个亚太阳金属丰度L型矮星的年龄基准，也成为刻画其他超冷亚矮星和校准大气模型的重要参考。”论文合著者、美国加州大学圣迭戈分校教授亚当·布尔加瑟说。
主流观点认为，宇宙的年龄大约是138亿年，105亿年的VVV1256-62AB可以算得上“高龄”。这对“高龄”双星，还有“高冷的心”。研究团队利用双子座南天望远镜观测到了VVV1256-62A的光学光谱。论文合著者、英国莱斯特大学研究人员莎拉·卡斯韦尔说，从这条光谱几乎看不到任何特征谱线，因为这颗白矮星太“冷”。
这颗星究竟有多“冷”？团队将白矮星大气模型与暗能量照相机银盘巡天、天文可见光和红外巡天望远镜银河变星巡天的观测数据进行了拟合，结果显示VVV1256-62A的温度约为4150摄氏度。而大多数白矮星温度为8000—40000摄氏度。
“太阳表面温度约5500摄氏度，VVV1256-62A温度低于太阳，在可见光下应该呈浅橙色，而不是像大多数温度更高的白矮星那样呈白色或蓝色。”张曾华说。
同时，团队根据VVV1256-62B的光谱与大气模型的拟合得出，VVV1256-62B的温度约为2000摄氏度，其氢和氦之外的重元素含量仅为附近恒星平均水平的15%。因此，VVV1256-62B的大气可能比普通超冷矮星更透明。
此外，团队发现VVV1256-62A的质量是VVV1256-62B的7倍，但直径只有VVV1256-62B的1/7。
这意味着，VVV1256-62A又小又重，其密度大，表面重力也比VVV1256-62B大得多。
张曾华说：“超冷亚矮星很稀有，光度低、温度低，所以很难被观测发现和研究。VVV1256-62AB的发现对刻画超冷亚矮星以及研究贫金属超冷大气非常有帮助。”