研究發現白矮星年齡越大它的磁性越強

至少有四分之一的白矮星會以磁星的形式結束生命，因此磁場是白矮星物理學的一個重要組成部分。 這個新見解是科學家對一個體積不大的白矮星樣本進行分析的結果，它為白矮星磁性頻率與年齡的相關性提供了至今為止獲得的最佳證據。 這或有助於解釋磁場的起源和演化。

銀河系中九成以上的恆星以白矮星的形式結束生命。儘管許多行星都有磁場，但它何時出現在行星表面，是否在白矮星的冷卻階段演變，最重要的是產生磁場的機制是什麼，仍然未知。

天文觀測經常有強烈的偏差。因為白矮星是瀕死的恆星，隨著時間的流逝它們會變得更冷，變得越來越弱。因此，觀測結果傾向於研究最亮的白矮星，這些天體溫度相對更高、更年輕。不過，還有一種更微妙和反直覺的影響，由於它的簡併狀態，體積更大的白矮星比體積更小的白矮星質量更輕。由於較小的白矮星光線也更微弱，科學觀測也傾向於質量較小的恆星。

因此，根據亮度和體積選擇目標的觀測都往往集中在更年輕、質量更小的恆星上，完全忽略了年齡較大的白矮星。

一個問題是，大多數小波譜的觀測是用光譜技術進行的，只對最強的磁場敏感，因此很大一部分磁性小波譜不能識別出來。 極化光譜法對磁場的靈敏度比光譜學高出兩個數量級以上。光譜偏光法已經證明，弱場通過光譜技術無法探測，實際上在白矮星中很常見。

為了進行一個完整的光譜偏振調查，來自英國北愛爾蘭阿馬天文台（Armagh Observatory）的斯凡諾·班努洛（Stefano Bagnulo）和加拿大西安大略大學（University of Western Ontario）的約翰·蘭斯里特（John Landstreet）選擇了歐洲太空總署蓋亞（Gaia）衛星觀測的距離太陽20秒差距（1秒差距約等於3.26光年）範圍內的所有白矮星。其中約三分之二的樣本，即大約一百顆白矮星此前尚未觀察到，在文獻中沒有可用的數據。 研究小組因此使用了威廉·赫歇爾望遠鏡（William Herschel Telescope）上的中間色散光譜儀和成像系統，以及其它望遠鏡上的類似儀器來觀察它們。

研究團隊發現，在白矮星生命初期，當恆星內部不再產生能量，並開始冷卻階段時，磁場非常罕見。因此，在白矮星誕生之初，磁場似乎並不是它的特徵。最常見的情況是，在白矮星冷卻階段產生磁性特徵或者把這一特徵帶到恆星表面。

研究還發現，白矮星的磁場沒有顯示出明顯的歐姆損耗跡象（Ohmic loss），再次證明這些磁場是在冷卻階段產生，或者至少隨著白矮星的衰老繼續出現在恆星表面。

不僅磁場頻率會隨著白矮星的年齡增加而增加，而且磁場頻率與恆星質量也有關係有，在恆星的碳氧核心開始結晶後，磁場出現得更頻繁。發電機機制可以解釋在白矮星中觀測到的最弱磁場，最近的工作顯示，同樣的機制可以產生比原來預測的更強的磁場。

例如在地核發電機的驅動下，地心外核中處於熔融狀態的金屬鐵的持續對流過程形成地球磁場。由地核發電機機制產生的地磁場強度約為一高斯（Gauss 磁感應強度單位）。相比之下，發電機機制可以解釋高達十萬高斯強度的場，但在白矮星中觀測到高達數億高斯的磁場。此外，發電機機制需要快速旋轉，但這通常在白矮星中看不到。

【圖：阿馬天文台；文：節錄自科學網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年6月21日出版的 arXiv 論文預印本網站 標題是：New insight into the magnetism of degenerate stars from the analysis of a volume limited sample of white dwarfs