白矮星内核探秘

北京时间2018年1月9日在线出版的国际著名期刊《自然》杂志，刊登了我校天文系付建宁教授团队博士后宗伟凯参与的一项国际合作研究的重大突破性成果，题为《一颗氧元素占主导的超大内核白矮星》。2018年1月10日，《科技日报》头版以《星震学新发现或重塑恒星演化理论》为题进行了相关报道。

恒星演化理论预言遭遇新挑战——天文学家利用精确星震学首次发现一颗氧元素占主导的内核质量为0.45个太阳质量的白矮星，并得出该星内核质量比经典的白矮星演化模型得到的预期结果要大40%，氧含量要高15%。该结果由法国科学研究中心下属图卢兹恒星与行星科学研究中心的天体物理学家领导的一个国际研究小组得出，我校天文系博士后宗伟凯参与。该发现将对包括我们太阳在内的恒星的演化过程中多种物理机制提供新的认识，或将重塑恒星演化理论。

图片由Stephane Charpinet提供，上图为以银河系为背景的白矮星KIC08626021艺术假想图，下图为白矮星KIC08626021振动模型效果图。

通过分析美国宇航局发射的开普勒卫星对脉动白矮星KIC08626021观测获得的高精度数据，天体物理学家们揭开了白矮星——就像我们的太阳演化到晚期一样——内部组份的图像。他们采用星震学的方法来研究观测到的白矮星表层的光度震荡，类似于地球物理学家使用地震波来研究地球内部结构。

宇宙中大约97%恒星的内核将最终演化为白矮星。它们作为恒星活化石保留了其演化过程中各种物理过程(例如核燃烧和对流混合)的信息。就恒星演化理论而言，对于这些物理过程的认识仍存在非常大的不确定性。通过探测白矮星的内部化学组份，科学家们可以更好地了解白矮星前身星演化阶段的多种物理过程。

在白矮星冷却的过程中，它们会经历几个不同的不稳定阶段，期间将开始振动。由于振动，内部化学组份不同的白矮星会表现出不同的光度变化，从而可以通过望远镜进行测量。因此，一旦获知了所研究的白矮星光度变化的性质，我们就可以探测其内部结构。

通过对脉动白矮星KIC08626021内部结构的研究，这个国际研究小组发现，不但该白矮星的内核比恒星演化理论预期的更大且其氧丰度更高，而且其精细的内部化学元素分层轮廓也首次得以呈现。这个惊人的发现为人们提供了精确基准——更好地校正发生在恒星（特别是前白矮星阶段）内部的核燃烧和对流混合过程。如果按照现有的核燃烧和对流混合过程的理论计算，其内核质量和氧丰度远远达不到该星的探测值。因此，星震学可以用于增进对恒星内部各种物理过程的认识。此外，一个更为精确的白矮星内部化学组份也可以作为”宇宙学计时器”来确定银河系的星族年龄。

宗伟凯博士后同时也是LAMOST特聘青年研究员，受到中国科学院国家天文大科学中心经费的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/nature25136

相关报道：

《科技日报》：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2018-01/10/node_2.htm

《人民网》转载：http://scitech.people.com.cn/n1/2018/0110/c1057-29756036.html

《新浪科技》转载：http://tech.sina.com.cn/d/s/2018-01-10/doc-ifyqptqv6592437.shtml

法国科学院官网：http://www.insu.cnrs.fr/node/8187

美国《科学新闻》：https://www.sciencenews.org/article/white-dwarfs-inner-makeup-mapped-first-time

加拿大：http://craq-astro.ca/2018/01/08/journey-to-the-center-of-a-white-dwarf-star/?lang=en