近期，中国科学院云南天文台硕士研究生郑日中、葛宏伟研究员等，与英国剑桥大学、中山大学、云南大学等单位的科研人员，在白矮星双星形成与演化研究方面取得重要进展。研究团队通过大量双星演化计算，系统研究了白矮星双星的稳定物质转移形成通道，解决了一个困扰天文学界长期的理论与观测不一致的问题。相关成果发表在《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

宇宙中绝大部分的恒星在其生命对白矮星的研究有助于揭示许多重要而深刻的天体物理问题，例如低频引力波源、Ia型超新星和激变变星等天体的形成与演化。末期会演化成白矮星。宇宙中有相当一部分恒星并不是孤立存在的，而是与另一颗恒星组成双星系统。在这样的系统中，两颗恒星之间可以发生物质交换，从而显著改变它们各自的演化过程。两颗恒星在演化过程中发生物质交换时，可能出现不同的演化结果。其中一种情况是物质能够比较平稳地从一颗恒星流向另一颗恒星，这被称为“稳定物质转移”；另一种情况则可能发生剧烈的共有包层演化，使两颗恒星迅速靠近。过去的研究表明，稳定物质转移形成的白矮星，其白矮星质量与双星轨道周期之间存在较为明确的关系。这一关系也被广泛用于理解白矮星双星的形成通道。

然而，近年来的观测发现，越来越多的白矮星双星并不符合传统理论所预期的白矮星质量与周期关系。它们的形成通道即不能由前人研究的稳定物质转移通道解释，也不能由共有包层演化通道解释。针对这一问题，研究团队利用恒星演化程序MESA，对不同初始质量、轨道以及金属丰度条件下的双星系统进行了大量演化计算，重点研究恒星在物质转移过程中的恒星核心性质变化及其最终形成的白矮星的质量与轨道周期分布。

研究团队的计算结果表明，稳定物质转移形成的白矮星双星并不局限于前人研究得到的单一关系。随着考虑的恒星演化参数范围进一步扩大，理论模型在白矮星质量与轨道周期参数空间中形成了更加广泛的分布。也就是说，稳定物质转移可以形成质量和轨道周期更加多样的白矮星双星系统。

这一新的理论结果能够覆盖此前难以解释的一些观测现象。研究团队将理论计算结果与大量已观测到的白矮星双星系统进行比较发现，一些偏离传统质量—轨道周期关系的系统，可以自然地落在新的理论分布范围内。其中，研究团队分别将理论结果与白矮星—中子星双星系统（图1a）和白矮星—主序星双星系统（图1b）进行对比，发现两类系统均能够在新的理论框架下得到较好的解释。

该研究进一步拓展了人们对白矮星双星形成和演化的认识。未来，随着更多白矮星双星被发现以及其质量和轨道参数得到更加精确的测量，可以利用新的理论分布与观测结果进行比较，为双星的形成与演化理论提供重要约束。

该研究得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、云南省自然科学基金的资助。

论文链接

图（a）

图（b）

图 1：白矮星双星的质量与周期分布的理论与观测对比。图（a）展示的是白矮星+中子星双星模型与观测对比，图（b）展示的是白矮星+主序星模型与观测对比