科學家同時測量出冷亞矮星的質量和半徑

近日，由中國科學院國家天文台興隆觀測基地博士任娟娟參與的國際研究團隊，發現了首顆存在掩食現象的白矮星+冷亞矮星雙星（圖1），並藉助該雙星首次同時準確測量出了冷亞矮星的質量和半徑。該研究工作由來自西班牙加泰羅尼亞理工大學（UPC）、加泰羅尼亞太空研究所（IEEC）、英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）、中科院國家天文台、英國華威大學（University of Warwick）等單位的科研人員共同合作完成。相關成果在線發表在《自然—天文》（Nature Astronomy）上。

冷亞矮星形成於銀河系早期階段，攜帶有揭示銀河繫結構和化學演化的重要信息。當銀河系形成時，第一代恆星主要由氫組成。比氫或氦重的元素在天文中一般被稱為金屬元素，它們決定了恆星的金屬丰度。隨著時間的推移及恆星的演化死亡，這些金屬元素在銀河系及新誕生的恆星中逐漸增加。因此，年老的恆星比年輕的恆星有著更低的金屬丰度。

由於年老的恆星可以揭示銀河系的結構和化學演化，因此測量這些恆星最基本的恆星參數如質量和半徑非常重要。但是，年老的恆星非常暗，在太陽鄰域相對比較稀少。目前，僅有88顆冷亞矮星有測量的半徑信息，僅有6顆冷亞矮星的質量被估算出。然而，此前沒有任何一顆冷亞矮星同時準確測量出質量和半徑，這也使得在此發現之前仍無法從觀測數據上檢驗此類天體的理論研究。

通過掩食雙星系統，為研究人員提供了一個以極高的精度直接測量出兩子星的質量和半徑的絕佳機會。該研究使用了位於西班牙拉帕爾瑪島（La Palma）上的GTC望遠鏡新安裝的終端設備HiPERCAM（獲得的光變曲線見圖2），及位於智利的VLT望遠鏡的終端設備X-Shooter（獲得的光學光譜見圖3），藉助這些科研利器，使得該研究能首次準確測量出冷亞矮星的質量和半徑。值得一提的是，該研究成果也是HiPERCAM/GTC的首篇科學產出論文。HiPERCAM相機可同時獲得5個波段的圖像，且最快可每毫秒拍攝一幅圖像，其極高的拍攝速度，使得它能夠以前所未有的細節來研究由於掩食或爆發導致的亮度快速變化的天體。

基於測量的質量和半徑信息，再結合估算出的冷亞矮星的溫度和光度，使得該研究團隊得以首次驗證銀河系中最古老的一類恆星——冷亞矮星的質量、半徑、光度、溫度之間的理論關係。

該研究得到中方的國家自然科學基金聯合基金項目（U1531244及U1831209）和重點項目（11833006）及國家天文台青年人才基金項目的支持。

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圖1. 掩食白矮星+冷亞矮星雙星示意圖（圖片製作: Mark Garlick）

圖2. HiPERCAM/GTC拍攝的5個波段的光變曲線

該白矮星+冷亞矮星雙星的光學光譜。上圖中黑色實線顯示的是X-Shooter/VLT拍攝的光學光譜：在藍端可以看到明顯的DA型白矮星特徵——氫巴爾末吸收線；紅端可以看到冷亞矮星的特徵——在6800埃附近有寬的CaH分子帶。上圖中黑色虛線顯示的是最佳擬合的兩子星（白矮星和冷亞矮星）的模板譜。下圖顯示的是擬合殘差。

（來源：《自然—天文》 Alberto Mansergas）

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