天文學家利用郭守敬望遠鏡數據發現一顆從未被觀測到的新型激變變星

一隊由美國、德國和中國天文學家組成的國際研究團隊利用郭守敬望遠鏡數據發現一顆十分罕見的新型激變變星（cataclysmic variable star）命名為LAMOST J0140355+392651，該天體的伴星正處於向極低質量白矮星演化的過渡階段，在這之前理論曾預測這種過渡型激變變星的存在，但從未被觀測到。 郭守敬望遠鏡成功捕獲的這顆罕見類型的激變變星並證實了它的存在，同時為進一步認識激變變星的形成和演化歷史提供了實質性的證據。

激變變星是一類具有雙重身份的天體，它既是雙星又是變星。激變變星對於研究諸多恆星物理的問題都具有得天獨厚的優勢。典型的激變變星屬於密近雙星中的半接雙星類型，主星為白矮星，伴星通常是一顆晚型主序星，特殊情況下也可能是一顆演化中的巨星甚至是一顆白矮星。激變變星作為雙星系統，具有非常短的軌道週期，大部分週期都不超過十個小時。激變變星還擁有著變星的特質，它的亮度會隨時間發生顯著的明暗變化。

天文學家是如何搜尋這類天體的呢？激變變星，作為雙星系統，在光譜上表現出顯著的發射特徵，作為變星，在光度上有明顯的星等變化，這些獨特的性質為搜尋這種特殊天體提供了有跡可循的觀測依據。

研究人員通過光變、光譜特徵和顏色選擇來搜尋激變變星，激變變星樣本的發現來自各種不同的渠道，最直接有效的方法是利用激變變星尤其是矮新星的爆發特徵，在時域測光巡天中搜尋。在時域巡天中發現的激變變星均有上千顆。自2002年開始，利用美國斯隆數碼化巡天項目（SDSS）數據在十年間共獲取約285顆激變變星，其中超過一半的激變變星（151顆）可以計算得到軌道周期。

近年來，郭守敬望遠鏡大規模光譜巡天項目，為利用光譜特徵來搜尋激變變星提供了優越的資源。研究人員基於郭守敬望遠鏡千萬量級的光譜數據庫對激變變星進行全面搜尋，先後共發現245顆激變變星，極大豐富已有的激變變星樣本。

在大多數激變變星中，白矮主星與主序伴星之間存在持續地物質轉移，具體來說就是貪吃的主星不斷從更大質量的伴星身上吸積吞併物質，並在主星周圍形成吸積盤。

隨著越來越多的激變變星樣本發現，其中一些極其稀有甚至只出現在理論預測中的激變變星成員也陸續挖掘出來。這些劍走偏鋒的激變變星也在不斷刷新著天文學家對於此類天體的認知。

在激變變星的雙星系統中，伴星充滿了整個包圍在伴星周圍的臨界面，而白矮主星則不斷地吸積伴星的物質。這種持續的物質交換在激變變星的演化過程中起著至關重要的作用。研究顯示，對於大多數軌道週期小於六小時的激變變星而言，它的伴星質量、半徑、溫度、光度和質量損失率等屬性都與雙星系統的軌道周期之間存在著一定的經驗關係。

這種經驗關係就像研究短週期激變變星的指揮棒，我們可以通過光變曲線或者時序分光觀測獲取雙星的軌道週期，有了軌道週期，研究人員就可以通過這種經驗關係推算出激變變星的其它屬性。事實證明，伴星所擁有的這種經驗性規律對於驗證和校準雙星質量轉移模型非常有用。

但這看似相當有用的伴星屬性與軌道週期之間的規律由郭守敬望遠鏡新發現的這顆特殊激變變星打破。近日，由美國哈佛大學卡里·姆-巴德里（Kareem El-Badry）博士領導的國際研究團隊利用郭守敬望遠鏡數據發現的這顆不同尋常的激變變星，軌道週期為3.81小時，屬於短週期的激變變星範疇，但是溫度、質量與對應雙星軌道週期的關係卻完全不符合傳統伴星的經驗規律。這使到天文學家不得不重新審視這顆特殊星的身份。

郭守敬望遠鏡在不同夜晚對該天體進行了多次觀測，研究人員發現該天體不同時間的視向速度之間存在每秒數百公里的差異。為了完全確定它的軌道和相關屬性，研究團隊又藉助美國利克天文台（）的望遠鏡進行後續觀測，同時也利用了歐洲太空總署的蓋亞衛星（Gaia）天體測量數據以及其它一些測光巡天的數據進行分析，研究人員最終發現該新天體是一種罕見的、正處於演化過渡階段的激變變星，其中的伴星並不是主序星，而是一顆正在膨脹的恆星氦核。並且基於雙星演化模型推測，這顆激變變星的伴星開始向白矮主星進行質量轉移時，就已經結束了主序階段並經歷了很明顯的演化過程。另外，通過演化模型計算，該團隊預測此雙星的質量轉移將很快結束，此後該伴星將演化成為一顆極低質量的白矮星。可以說，這顆激變變星的伴星正處於一顆恆星氦核和極低質量白矮星之間的過渡狀態。而這顆特殊天體的最終命運可能演化成為一顆具有極短軌道週期（5至30分鐘）的雙緻密天體。在這之前，理論上曾預測存在此類過渡型的激變變星，但是從未被觀測到，郭守敬望遠鏡憑藉自身在搜尋稀有天體方面的優勢首次觀測到它的存在。

這顆新發現的特殊激變變星引起了研究團隊對此類天體的興趣，在該成果的基礎上，姆-巴德里博士的團隊又開展了對此類天體的系統搜尋，在他們的後續工作中又相繼發現處於類似演化階段的另外二十顆天體。這些新的天體樣本將為緻密雙星演化模型的研究提供非常重要的數據支持。

【圖：Mark A. Garlick；文：節錄自中國科學院國家天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2021年5月10日出版的英國《皇家天文學會月報》 標題是：LAMOST J0140355 + 392651: an evolved cataclysmic variable donor transitioning to become an extremely low-mass white dwarf