銀河系之中，遍布著大小各異、顏色不同的恒星。在這些恒星中，有的像太陽一樣 " 孤獨 "，有的成雙成對相互旋繞，有的系統甚至包含兩顆以上的恒星。

在一項最新研究中，天文學家發現了一個罕見的雙星系統，這個系統有著極短的軌道周期，它的兩顆恒星彼此環繞一周的時長僅為 51 分鐘！研究人員將這一罕見的發現發表在了近期的《自然》雜志上。

在十幾億顆恒星中搜尋

新發現的這個系統被研究團隊記為ZTF J1813+4251，它是由茲維基瞬變探測器（ZTF）觀測到的。ZTF 是一項巡天項目，它用裝載在加州帕洛瑪天文臺望遠鏡上的相機，對廣闊的天空進行高分辨率拍攝。現在，ZTF 已為超過 10 億顆恒星拍攝了海量照片，并記錄了這些恒星在幾天、幾個月、甚至幾年內的亮度變化。

研究人員對海量的恒星數據進行了梳理，他們想要尋找那些具有超短軌道的系統的信號，因為這些系統可能有著非常極端的動力學，應該能發出劇烈的光暴。

研究人員將注意力放在那些反復閃爍、周期小于一小時的恒星上。這樣的頻率通常表示在這個系統中，至少存在兩個天體彼此緊密環繞，且其中一個天體頻繁地經過另一個，從而短暫地遮蔽其光芒。

然而，這樣的搜尋并非易事，研究人員需要在超過 10 億顆恒星中進行篩選。因此，他們使用了一種算法來幫助完成這項任務。算法篩選出了大約 100 萬顆每小時閃爍一次的恒星。接著，從這些信號中，研究人員通過用肉眼判斷，來尋找那些特別感興趣的信號。

最終，他們鎖定了 ZTF J1813+4251！這是一個位于武仙座的雙星系統，距離地球約 3000 光年之遠。

超短軌道的雙星系統

研究人員利用夏威夷的凱克天文臺和西班牙的加那利大型望遠鏡，對這個系統進行了進一步研究。

他們捕捉到了 ZTF J1813+4251 中的兩顆恒星的多次相互重疊的場景，這使他們能夠精確測量這個系統中的每顆恒星的特性。他們發現，這個系統異常 " 干凈 "，換句話說，他們可以清楚地看到每次出現遮擋時的光線變化。

這樣的清晰度使得研究人員可以精確地測量每個天體的質量和半徑，以及它們的軌道周期。測量結果表明，在這個雙星系統中，其中一個天體很可能是一顆白矮星，大小約為太陽的 1/100，質量約為太陽的一半；另一個天體則是一顆接近生命末期的類太陽恒星，大小和質量約為太陽的 1/10。這兩顆恒星看起來每 51 分鐘就會繞對方公轉一次。

然而，這聽起來似乎不太合理。這是一顆看起來和太陽很像的恒星，但太陽是無法被 " 塞 " 進一個小于 8 小時的軌道周期里的。所以，這個雙星系統發生了什么特別的事件嗎？

是激變變星！

研究人員很快就找到了一個解釋。大約 30 年前，一些天文學家做出過一個預測，認為一種超短軌道的系統應該能夠以激變變星的形式存在。

激變變星是一種較為罕見的雙星系統，在這類系統中，一顆像太陽一樣的恒星與一顆白矮星緊緊環繞運行。在數十億年的時間里，兩顆恒星互相旋繞慢慢靠近，當靠得足夠近時，白矮星強大的引力會開始吸積類太陽恒星身上的物質。在已知的一千多個激變變星中，只有十幾個的軌道周期低于 75 分鐘。

像太陽一樣的恒星在演化末期耗盡燃料時，其核心會不斷坍縮形成致密的白矮星。這幅藝術構想圖描繪了一顆白矮星（左）繞著一顆更大的類太陽恒星在超短軌道上旋轉，形成了一個 " 激變 " 的雙星系統。（圖 / M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian）

研究人員推測，ZTF J1813+4251 很可能是迄今為止探測到的擁有最短軌道的激變雙星。根據測量結果，研究人員對 ZTF J1813+4251 現在的狀況，以及它在未來數億年間將如何演變進行了模擬。

模擬結果表明：這個雙星系統中的兩顆恒星目前正處于一個過渡階段，那顆類太陽恒星正在從一個富含氫的天體過渡到富含氦的天體，它一直在旋轉，將其大氣中大量的氫氣 " 捐贈 " 給貪婪的白矮星，它終將會燃燒殆盡，成為一個致密的富含氦的核。再過 7000 萬年，這兩顆恒星將會更加靠近，它們的彼此環繞的軌道周期將縮短到 18 分鐘！在這之后，失去質量的類太陽恒星不會收縮，而是膨脹，然后兩顆恒星會在接下來的幾億年時間里開始分離。到那時，這兩顆恒星的軌道周期將穩定在 30 分鐘左右。

幾十年前，天文學家就預測，如果時間足夠長，激變變星就會過渡到極短的軌道周期。這種情況只有當貪婪的白矮星將伴星大氣中的氫全部吸走，開始吞噬伴星裸露在外的核心中的氦時，才可能發生。

現在，天文學家終于首次直接觀測到這樣一個過渡系統。這不僅證實了天文學家幾十年前的預測，而且還幫助回答了關于激變變星的軌道極限的開放性問題，有助于科學家在未來幾年對激變變星做出進一步研究。