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有冰山扔向白矮星

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撰文者:原文作者:Charles Day。中文譯稿:林中一教授
發文日期:2017-11-03
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  • 白矮星是如此的密緻,它相當於把整個太陽的質量塞到只有1%原半徑的空間裡去。任何比氦要重的元素若是到了白矮星,就會被它強大的重力拉到表面之下。所以當天文學者們在白矮星的光譜中瞄到像矽啦、鐵啦、或其他耐火元素的跡象,就會認為一定有甚麼東西在一直補充那些元素。基於那一類會變成白矮星的恆星也會擁有它的行星系統,所以一些白矮星很可能是藉著消耗它以前的小行星帶來做為補充那些比氦重元素的來源。
     
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    然而近來有少數的白矮星光譜中表現出了氮以及來自其他揮發性物類的元素。這些揮發性的物類是會在像是海王星的冰封行星、或是在柯依伯帶(Kuiper belt)中結冰的矮行星上找到。由於這一類冷冰冰的星體通常是位在離恆星小行星帶之外很遠的地方,這就引發了一個問題:這些揮發性物類是如何被送到白矮星的?

    由於超過一半白矮星的前身都是在雙星系統裡找到的,這個事實提供了一個看似有道理的解答。當處在一個適當的距離時,白矮星的星際伴侶是可以產生一種稱為「寇扎伊-李多夫」(Kozai-Lidov)機制去引發軌道的不穩定,這會造成白矮星的外圍星體連帶了它的揮發性物類一齊撞到白矮星去。

    為了評估這種情節發生的可能性,美國洛杉磯加州大學(UCLA)史提芬(Alexander Stephan)、納奧茲(Smadar Naoz)、與祖克曼(Benjamin Zuckerman),模擬了4500個包含了一顆白矮星與一顆正常星星伙伴的雙星系統。其中有一組是包含了一顆類似海王星的行星繞著白矮星,另一組則包含了環繞白矮星的柯依伯帶物體。這兩組模擬的軌道初始參數都是從典型的白矮雙星系統分佈中隨機地抽取來的。模擬的結果指出有1%的白矮星應該會容納撞過來的海王星所帶來的揮發性物類,有7.5%則是有由柯依伯帶來的成員所攜帶來的。這兩種情況的合併結果與實際觀測到10%白矮星的光譜含有揮發性物類的證據是相當一致。這個結果也暗示了白矮星光譜有可能隱含了一些雙星系統的外圍行星系統的內涵。(參考資料:A. P. Stephan, S. Naoz, B. Zuckerman, Astrophys. J. Lett. 844, L16, 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa7cf3.)

     

    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, October 2017 雜誌內(Physics Today 70, 10, 30 (2017); https://doi.org/10.1063/PT.3.3722);原文作者:Charles Day。中文譯稿:林中一教授,國立中興大學物理系。

    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Charles Day, and are published on Physics Today 70, 10, 30 (2017); https://doi.org/10.1063/PT.3.3722). The article in Mandarin is translated by Prof. Chung-Yi Lin, working on Department of Physics, National Chung Hsing University.
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