天文学家发现恒星缓慢"蚕食"褐矮星，距地球300光年

天文学家首次发现一颗恒星正在缓慢地吞食一个与其近距离环绕运行的褐矮星——这是一种介于行星与恒星之间的天体，质量超过行星却又达不到恒星的标准。

像地球一样，大多数行星天体都以稳定、分离的轨道围绕其恒星运行。当行星过于靠近恒星时，这种和谐的系统关系可能会突然改变。在这种近距离接触中，恒星会将行星拉近并将其整个吞噬。

在整个星系中，天文学家已经观测到大量稳定、分离的行星系统，也观测到少数恒星迅速吞并其行星的案例。而现在，科学家首次发现了一个在这两种极端情况之间取得奇特平衡的系统，这揭示了恒星与行星伴星互动的一种新方式。

在《自然·天文学》今日发表的一篇论文中，麻省理工学院（MIT）及其他机构的科学家发现了一颗恒星正悠闲地"享用"着一个与其近距离环绕的褐矮星。

这个新发现的系统被命名为ZTF J0440+2325，位于银河系内，距地球约300光年。这是首次观测到一个低质量天体正在缓慢而稳定地从另一个低质量天体身上吞食物质。

根据恒星从褐矮星处吞食物质的速率推算，这种缓慢的恒星"蚕食"过程可能会持续数十万年，甚至数十亿年。

麻省理工学院物理学助理教授凯文·伯吉（Kevin Burdge）表示："当我们想到恒星与行星或褐矮星互动时，通常的画面都是恒星最终将对方整个吞掉。这就是太阳变成红巨星时地球的命运。但在这里，我们发现了另一种可能性：恒星不是将对方一口吞下，而是可以经过数十亿年逐渐将其蚕食。"

该研究的麻省理工学院合著者包括亚伦·豪斯霍尔德（Aaron Householder）、凯特琳·申（Kaitlyn Shin）、索尔·拉帕波特（Saul Rappaport）、约欣·查克拉博蒂（Joheen Chakraborty）和艾玛·奇克尔斯（Emma Chickles），合作者还来自加州理工学院、夏威夷大学、西班牙加那利天体物理研究所与拉拉古纳大学，以及哈佛-史密森天体物理中心。

一个"奇怪的三角形"

这个新系统最初由兹威基瞬变探测设施（ZTF）发现。ZTF利用加州帕洛玛天文台望远镜上的相机，扫描天空中亮度的快速变化，这可能预示着超新星爆发、伽马射线暴或中子星碰撞的发生。

几年前，伯吉在查看ZTF数据时，注意到一条奇怪的光变曲线，即亮度随时间变化的模式。超新星的光变曲线通常呈钟形曲线，代表恒星爆炸时逐渐变亮再逐渐变暗的过程。但伯吉发现的曲线更像是一个三角形，而且这个三角形不是只出现一次，而是反复出现。

他回忆道："我记得第一次看到这个曲线时，心想：恒星不会产生这样的三角形波形。"

当时，他和同事们正专注于研究另一个信号，他们将其识别为"黑寡妇双星系统"——在这种系统中，一颗极其致密、高速旋转的中子星正缓慢吞食一个质量小得多的伴星，就像黑寡妇蜘蛛玩弄猎物一样。

伯吉当时怀疑这个三角形信号是否也来自黑寡妇系统。但该信号的光线却令人费解。在黑寡妇双星系统中，由于一个质量极轻的低质量天体（如小型伴星）围绕一个质量更重的天体（如中子星）高速旋转，光线会表现出摆动现象。

伯吉说："我们在这里并没有看到那种来回摆动的现象，这完全说不通。我们无法解释这究竟是什么。"

但他们有一个猜测：这个信号是否可能不是来自一个"大卫与歌利亚"式质量悬殊的摆动系统，而是来自一对质量更为均衡、彼此相近的天体？

伯吉说："如果系统整体质量较小，天体之间就可以轻柔地相互环绕运行，而不会出现剧烈的来回摆动。这就是我们的想法，但当时我们没有任何证据。这个奇怪的三角形信号就这样被搁置了好几年。"

缓慢而稳定的"火球"

最近，伯吉和麻省理工学院地球、大气与行星科学系研究生豪斯霍尔德决定重新研究这个三角形之谜。他们根据最初的ZTF信号，确定了信号源的位置——在银河系内，距地球约300光年处。他们用多台望远镜对准这一信号源，即ZTF J0440+2325。通过这些观测，他们测量了该天体源的各种属性，包括其摆动情况。与黑寡妇系统及其他类似双星系统相比，ZTF J0440+2325的摆动幅度要小得多，但并非微不足道。

豪斯霍尔德说："这正是确认该系统性质的关键证据。当我们测量出那个摆动幅度时，我们发现这并非黑寡妇系统。这是一颗被褐矮星环绕的低质量恒星。摆动幅度太小，不可能是其他任何情况。"

他们确定，这颗恒星与褐矮星彼此极为接近，褐矮星每87分钟绕恒星运行一圈，其轨道甚至可以容纳在太阳的直径范围内。按恒星标准衡量，这两个天体都很小。这颗恒星的质量大约是木星的85倍，而褐矮星的质量约为木星的25倍。

由于两个低质量天体以如此近的距离相互环绕，科学家们猜测其中一个天体是否正在从另一个天体那里吸取物质。这种被称为"吸积"的过程，通常出现在质量极大但实际体积很小的天体周围，例如黑洞和中子星。当黑洞发生吸积，即从附近一个更小的天体吸取物质时，它会将周围的物质拉成一个盘状结构。

伯吉解释说："这里的不同之处在于：吸收物质的天体不是一个微小的黑洞，而是一颗相对体积较大的恒星。所以物质会以极高的速度直接撞击恒星表面，就像小行星撞击月球一样。"

研究团队对ZTF J0440+2325系统中可能发生的吸积过程进行了模拟。他们结合该恒星和褐矮星的属性，模拟了褐矮星上物质粒子的运动，并根据物理定律和运动方程，推算这些粒子随时间会如何在系统内运行。

豪斯霍尔德说："当我们追踪这些测试粒子时，发现它们确实直接落在了恒星表面上。这是我们首次捕捉到一颗低质量恒星正在从另一个低质量天体那里主动吸积物质的过程。"

此外，研究团队计算得出，褐矮星向其恒星输送物质的速率约为每年地球质量的十万分之一。这相当于约4000万辆自卸卡车的物质量，或者说每秒约1.3万亿个一磅重的墨西哥卷饼的量。尽管这听起来是一大笔物质损失，但实际上这仅占褐矮星质量的极小一部分。研究人员估计，这个速率实际上相当缓慢而稳定。鉴于该系统的规模，他们认为这颗恒星可能会继续悠闲地"蚕食"这个褐矮星，持续数十亿年之久。

他们表示，这种缓慢的吸积过程，就像是一股从褐矮星持续流向恒星的物质流。研究人员意识到，如果从远处观测这个系统，随着褐矮星及其物质流围绕恒星旋转，系统的亮度变化就会呈现出三角形的图案。

伯吉解释说："这就好像其中一个天体上持续燃烧着一个火球，而随着一个天体围绕另一个天体运行，这个热点会时而进入视野、时而离开视野，当你正好直视这个火球时，就是三角形信号的峰值。"

随着三角形光变曲线之谜得以解开，研究团队希望能在附近发现更多类似的缓慢"进食"系统。

豪斯霍尔德说："这激发了我们许多新的探索方向。我认为我们将会对行星和褐矮星与其主恒星互动的另一种方式，有更深入的了解。"

这项研究部分得到了美国国家科学基金会的资助。

Q&A

Q1：ZTF J0440+2325系统是什么？

A：ZTF J0440+2325是一个位于银河系内、距地球约300光年的天体系统，由一颗恒星和一个褐矮星组成。该系统首次展示了恒星缓慢而稳定地吞食褐矮星物质的过程。

Q2：恒星蚕食褐矮星的速度有多快？

A：根据研究人员计算，褐矮星向恒星输送物质的速率约为每年地球质量的十万分之一，相当于约4000万辆自卸卡车的物质量。这个速率非常缓慢，整个过程可能持续数十亿年。

Q3：这次发现为什么重要？

A：这是天文学家首次观测到一颗低质量恒星主动从另一个低质量天体身上吸积物质的现象，揭示了恒星与行星伴星互动的一种全新方式，有别于此前已知的恒星迅速吞噬行星或稳定分离轨道两种极端情况。