死亡的恒星被称为白矮星，质量与太阳相似，大小与地球相似。它们在我们的星系中很常见，因为97%的恒星是白矮星。当恒星到达生命的尽头时，它们的核心会坍缩成白矮星的致密球，使我们的星系看起来像一个虚无缥缈的墓地。
尽管它们很普遍，但这些恒星残骸的化学组成多年来一直是天文学家的一个难题。重金属元素——如硅、镁和钙——在许多致密天体表面的存在是一个令人困惑的发现，它违背了我们对恒星行为的预期。
JILA的研究生Tatsuya Akiba解释说:“我们知道，如果这些重金属存在于白矮星的表面，白矮星的密度足够大，这些重金属应该很快下沉到核心。”“所以，你不应该在白矮星的表面看到任何金属，除非白矮星正在积极地吃东西。”
虽然白矮星可以吞噬附近的各种物体，如彗星或小行星(称为星子)，但这一过程的复杂性尚未得到充分探索。然而，这种行为可能是解开白矮星金属成分之谜的关键，可能会导致有关白矮星动力学的令人兴奋的启示。
在《天体物理学杂志通讯》上发表的一篇新论文中，Akiba和JILA研究员、科罗拉多大学博尔德分校天体物理学和行星科学教授Ann-Marie Madigan以及本科生Selah McIntyre相信他们已经找到了这些恒星僵尸吃掉附近星子的原因。利用计算机模拟，研究人员模拟了白矮星在形成过程中受到的“出生踢”(这是已经观察到的)，这是由不对称的质量损失引起的，改变了它的运动和周围物质的动力学。
在80%的测试中，研究人员观察到，从踢起，在白矮星30到240天文单位范围内的彗星和小行星的轨道(对应于太阳与海王星的距离以及更远的距离)变得拉长并对齐。此外，随后被吞噬的星子中约有40%来自反向旋转(逆行)轨道。
研究人员还扩展了他们的模拟，以检查白矮星1亿年后的动态。他们发现，白矮星附近的星子仍然有细长的轨道，并且作为一个连贯的单位移动，这是以前从未见过的结果。
“我认为这是我们理论的独特之处:我们可以解释为什么吸积事件持续如此之久，”麦迪根说。“虽然其他机制可以解释最初的吸积事件，但我们对踢的模拟显示了为什么它在数亿年后仍然发生。”
这些结果解释了为什么重金属会出现在白矮星的表面，因为白矮星不断地消耗其路径上较小的物体。
由于Madigan在JILA的研究小组专注于引力动力学，研究白矮星周围的引力似乎是一个自然的研究焦点。
“模拟帮助我们了解不同天体物理物体的动力学，”秋叶说。“所以，在这个模拟中，我们在白矮星周围扔了一堆小行星和彗星，这颗白矮星要大得多，看看模拟是如何演变的，白矮星吃掉了这些小行星和彗星中的哪些。”
研究人员希望在未来的项目中将他们的模拟扩展到更大的规模，研究白矮星如何与更大的行星相互作用。
正如秋叶所阐述的那样，“其他研究表明，小行星和彗星，这些小天体，可能不是白矮星表面金属污染的唯一来源。所以，白矮星可能会吃掉更大的东西，比如行星。”
这些新发现进一步揭示了更多关于白矮星形成的信息，这对于理解太阳系在数百万年里的变化是很重要的。它们还有助于揭示太阳系的起源和未来的演变，揭示更多有关化学成分的信息。
马迪根说:“宇宙中绝大多数行星最终都会围绕白矮星运行。”“可能有50%的这些系统被它们的恒星吞噬，包括我们自己的太阳系。现在，我们有一种机制来解释为什么会发生这种情况。”
麦金太尔补充说:“星子可以让我们深入了解我们所在太阳区域以外的其他太阳系和行星组成。”“白矮星不仅仅是过去的一个镜头。它们也是窥视未来的镜头。”
更多信息:Tatsuya Akiba等人，白矮星纳塔尔踢后偏心碎片盘对星子的潮汐破坏，天体物理学杂志通讯(2024)。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ad394c
引文:饥饿，饥饿的白矮星:解决恒星金属污染的难题(2024,5月3日)，2024年5月3日检索自https://phys.org/news/2024-05-hungry-white-dwarfs-puzzle-stellar.html
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