近日，中國科學院云南天文臺大樣本恒星演化研究團組博士李振威等利用最新得到的物質交換穩定性判據，并結合雙星星族演化模型，探索了銀河系內雙白矮星星族的物理性質。相關研究成果發表在《天文與天體物理》（Astronomy & Astrophysics）上。
白矮星是宇宙中一種古老的化石，對研究恒星演化及星系恒星形成歷史具有重要意義。雙白矮星是由兩顆白矮星相互繞轉組成的雙星系統，在許多領域中扮演著重要角色。雙白矮星的并合可以產生作為宇宙學標準燭光的Ia型超新星。一些密近雙白矮星的軌道周期僅為幾分鐘，是未來空間引力波探測器的重要目標源。此外，雙白矮星的形成對剖析雙星演化、潮汐效應、物質轉移以及公共包層演化具有重要作用。
雙白矮星在形成過程中，至少要經歷一次雙星物質交流，而物質轉移的穩定性直接決定了雙星的最終演化產物。早期研究中，人們多采用多方模型給出的雙星物質轉移穩定性判據。近年來，有研究通過建立絕熱物質損失模型（Ge模型），給出了恒星在不同演化狀態下物質轉移穩定性判據。相比于多方模型給出的結果，新的判據認為恒星在巨星支發生物質轉移更趨向于動力學穩定。因此，當采納新的物質轉移穩定性判據后，雙白矮星的性質將發生根本性改變（圖1）。
基于最新的物質轉移穩定性判據，科研人員構造了銀河系內雙白矮星星族。理論計算表明，Ge模型可以更好地重現觀測雙白矮星的并合率分布（圖2左）以及含有極低質量白矮星的雙星并合率分布（圖2右）。此外，研究發現，利用新的物質轉移穩定性判據可以較好地解決早期理論模型中雙白矮星空間密度與觀測不符的矛盾。在此基礎上，科研人員進一步探究了雙白矮星并合對Ia型超新星的影響及雙白矮星的引力波輻射性質，為相應觀測提供了理論支撐。該工作證實物質轉移穩定性對雙白矮星星族的影響是決定性的。新的物質轉移穩定性判據更好地支持觀測約束。
研究工作得到國家重點研究計劃和國家自然科學基金等的支持。
圖1.雙白矮星形成示意圖。MS：主序星，AGB：漸近巨星支，WD：白矮星，CE：共有包層。
圖2.雙白矮星并合率分布。左圖計算所有雙白矮星的并合率，右圖僅計算含有極低質量白矮星（ELM WD）的雙白矮星并合率。