新發(fā)現(xiàn)的雙面白矮星“雅努斯（Janus）”想象畫
天文學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)了一顆非常奇怪的白矮星，它的兩側(cè)表面有著完全不同的成分：一側(cè)表面完全由氫組成，而另一側(cè)則完全由氦組成，是科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)此類“雙面”白矮星。正因如此，科學(xué)家以羅馬神話中擁有兩張面孔的神“雅努斯（Janus）”，為這顆獨(dú)特的白矮星命名。
“雅努斯（Janus）”的發(fā)現(xiàn)非常偶然。在通過美國加州的“茨威基暫現(xiàn)源設(shè)施”（Zwicky Transient Facility）搜尋恒星死亡后的遺跡時，研究人員意外發(fā)現(xiàn)一個奇怪的信號。隨后他們使用其他幾個望遠(yuǎn)鏡對其進(jìn)行了多次觀測，最終發(fā)現(xiàn)了雅努斯驚人的“雙面”特征。領(lǐng)導(dǎo)此項(xiàng)研究的加州理工學(xué)院天體物理學(xué)家伊拉里亞·卡亞佐博士說：“當(dāng)我向其他人展示這些觀測結(jié)果時，他們都驚呆了。”
觀測顯示，雅努斯位于天鵝座方向，距離地球超過1300光年，每15分鐘就旋轉(zhuǎn)一周。如果能夠近距離觀察，雅努斯的兩側(cè)將呈現(xiàn)藍(lán)色并具有相似的亮度，但氦元素側(cè)將具有像我們的太陽一樣的顆粒狀外觀，而氫元素側(cè)則看起來很光滑。
雙面白矮星雅努斯周圍的磁場示意圖，其表面磁場強(qiáng)度可能分布不均勻。
雅努斯是怎么變成“雙面”的？
作為大多數(shù)恒星死亡后的殘骸，白矮星密度極高，其體積與類地行星接近，但質(zhì)量則與太陽相當(dāng)，這使它們成為太空中最致密的物體之一，僅次于中子星和黑洞。
在白矮星表面巨大引力的影響下，較重的元素會向中心下沉，而上層只含有最輕的元素，通常是氫或氦。
當(dāng)白矮星溫度較高時，氦會占據(jù)其表面。當(dāng)白矮星溫度降至30,000攝氏度以下，氦會沉入內(nèi)部，而氫會上升到表面。當(dāng)白矮星再次升溫，氫會下沉，而氦會重新出現(xiàn)在白矮星的表面。而雅努斯可能介于這兩種轉(zhuǎn)變階段之間，科學(xué)家還從未發(fā)現(xiàn)過處于類似過渡階段的白矮星。
對于雅努斯“雙面”的形成原因，研究人員認(rèn)為目前還難以解釋。一個可能的原因是雅努斯正在經(jīng)歷一種罕見的變化過程。
研究人員猜測，也可能與雅努斯內(nèi)部的磁場有關(guān)。磁場可以影響物質(zhì)在恒星表面的分布和運(yùn)動。如果雅努斯內(nèi)部存在一個一側(cè)比另一側(cè)更強(qiáng)的磁場，那么可能會導(dǎo)致氫和氦在不同的半球聚集，其中在磁場較強(qiáng)的區(qū)域會形成氫“海洋”。但目前的觀測數(shù)據(jù)還無法證明這一點(diǎn)。
雅努斯會不會是一顆光譜以氫為主的白矮星和一顆光譜以氦為主的白矮星組成的雙星系統(tǒng)呢？目前的觀測結(jié)果已經(jīng)排除了這一可能。
無論如何，雅努斯都是一顆非常特殊的恒星，它挑戰(zhàn)了天文學(xué)家對白矮星演化的認(rèn)知。未來，研究人員也希望能找到更多類似雅努斯的天體，從而揭開“雙面”白矮星背后的秘密。
編譯：游悠
策劃：張超 李培元 楊柳
審核：北京天文館研究館員 李昕
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