駐顏有術(shù)！哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)揭示：白矮星年齡預(yù)測(cè)或存在約十億年誤差

浩瀚星空總是能給人類(lèi)帶來(lái)無(wú)盡的想象，讓人不得不產(chǎn)生疑問(wèn)，“這些星星的壽命難道是無(wú)窮無(wú)盡的嗎，為何總是不見(jiàn)消散？”

隨著天文學(xué)的迅速發(fā)展，人們逐漸了解到，原來(lái)太空中的恒星也會(huì)如人類(lèi)一樣經(jīng)歷初生、成熟以及死亡。此外，為了延緩衰老，它們甚至還擁有自身專(zhuān)屬的“養(yǎng)顏秘訣”。

近日，來(lái)自意大利的一個(gè)天文學(xué)家小組通過(guò)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，白矮星可以通過(guò)燃燒體表的氫達(dá)成類(lèi)似“美顏”功效，從而減緩自身的老化速度。研究者稱(chēng)這一發(fā)現(xiàn)打破了白矮星無(wú)法聚變的固有認(rèn)知。

該論文以《M13中的白矮星通過(guò)穩(wěn)定的氫燃燒延緩冷卻》為題，意大利國(guó)家天體物理研究所天文學(xué)家陳建興為第一作者，博洛尼亞大學(xué)天體與物理學(xué)系教授弗朗切斯科·羅薩里奧·費(fèi)拉羅擔(dān)任通訊作者。

據(jù)了解，白矮星是一種低光度、高密度、高溫度的恒星，壽命長(zhǎng)達(dá)幾十億年。費(fèi)拉羅介紹道，“白矮星是宇宙中的致密物體，一茶匙白矮星的重量相當(dāng)于10頭大象，它的最大質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的1.4倍。”

同時(shí)，白矮星也是一種常見(jiàn)的恒星類(lèi)型，屬于恒星的末期階段。當(dāng)恒星不能進(jìn)行自我維持的時(shí)候，它們的外部物質(zhì)將會(huì)逐漸脫落，坍縮成一個(gè)超高密度的白矮星，而這也是人類(lèi)從哈勃望遠(yuǎn)鏡捕捉的星云圖片中經(jīng)常能看到的畫(huà)面。

這也意味著，幾乎100%的恒星都會(huì)在逐漸冷卻的過(guò)程中最終轉(zhuǎn)變成白矮星。

在當(dāng)前天文學(xué)家的普遍認(rèn)知里，從恒星到白矮星的演變，只是一個(gè)純粹的冷卻過(guò)程，因此并不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的熱核活動(dòng)。然而，此次哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果使該觀點(diǎn)出現(xiàn)了新的變化。

陳建興接受媒體采訪時(shí)表示，“證據(jù)表明，白矮星仍然可以進(jìn)行穩(wěn)定的熱核活動(dòng)。這很令人驚訝，因?yàn)樗c人們普遍認(rèn)為的不一致。”

此前，為了探尋恒星的演變機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)使用哈勃望遠(yuǎn)鏡上的廣角相機(jī)觀察了兩個(gè)非常相似的球狀星團(tuán)，即梅西耶3（M3）和梅西耶13（M13）。通過(guò)分析兩個(gè)星團(tuán)的高分辨率光度數(shù)據(jù)，該團(tuán)隊(duì)分別發(fā)現(xiàn)了467顆和326顆白矮星，M13中比較明亮的白矮星明顯更多。

這個(gè)結(jié)果顯然是出人意料的，因?yàn)闊o(wú)論是從年齡還是元素豐度上來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)球狀星團(tuán)在物理特性上都是極其相似的?！斑^(guò)去我們也曾計(jì)算過(guò)一些緩慢冷卻白矮星的模型，但還是第一次觀察到這種效應(yīng)?！辟M(fèi)拉羅表示。

為了尋找該差異出現(xiàn)的原因，研究團(tuán)隊(duì)借助哈勃望遠(yuǎn)鏡提供的完整視圖與計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行對(duì)比，最終發(fā)現(xiàn)，M13中之所以有約70%的白矮星出現(xiàn)冷卻過(guò)程減慢的情況，原因是這些白矮星擁有“延緩衰老的秘訣”。

事實(shí)上，這種情況是由M13中的白矮星殘余富氫包層中的穩(wěn)定熱核燃燒引起的。與M3中的白矮星類(lèi)型不同，M13有兩個(gè)不同的群體：一組是正常的白矮星，另一組則被外層氫包圍。

過(guò)多的氫會(huì)導(dǎo)致白矮星的外殼積極地進(jìn)行核聚變，不斷釋放外層物質(zhì)，從而讓白矮星保持溫暖和光亮的時(shí)間比天文學(xué)家之前認(rèn)為的要長(zhǎng)得多。

此前，天文學(xué)家使用已建立的冷卻時(shí)間關(guān)系將白矮星的溫度與其年齡聯(lián)系起來(lái)，這有助于他們更好地了解宇宙中恒星的起源和環(huán)境，但新的研究發(fā)現(xiàn)使這種關(guān)系變得更加模糊，可能對(duì)星團(tuán)年齡的測(cè)定造成影響。

研究結(jié)果表明，白矮星的氫聚變可能會(huì)導(dǎo)致天文學(xué)家對(duì)白矮星的年齡推測(cè)產(chǎn)生多達(dá)10億年的誤差。這也意味著使用冷卻中的白矮星作為估計(jì)星團(tuán)年齡的“時(shí)鐘”需要更加慎重。

“我們的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了白矮星的定義，因?yàn)槲覀兛紤]了一個(gè)關(guān)于恒星如何變老的新視角。其實(shí)早在2019年，天文學(xué)家已經(jīng)通過(guò)類(lèi)似的白矮星冷卻過(guò)程觀測(cè)，意識(shí)到對(duì)其年齡的預(yù)測(cè)存在誤差，但當(dāng)時(shí)缺乏進(jìn)一步的佐證。

“我們現(xiàn)在正在研究類(lèi)似于M13的其他星團(tuán)，以提供論證這種現(xiàn)象的更多證據(jù)，從而進(jìn)一步限制驅(qū)動(dòng)恒星保持薄氫包層的條件，以減緩它們的逐漸老化?！辟M(fèi)拉羅表示。（綜合整理報(bào)道） （編輯/小文）