云南天文臺在白矮星p模式震動研究方面取得進展

近日，中國科學院云南天文臺恒星物理研究團組蘇杰和李焱研究員合作，利用星震學方法對一顆可能存在p模式震動的極小質量白矮星（extremely low-mass white dwarf）進行了研究，不但實現了對白矮星內部元素豐度輪廓的探測，而且對p模式震動的實在性提供了理論支持。該研究成果以題為 “Asteroseismology of the Pulsating Extremely Low-mass White Dwarf SDSS J111215.82 + 111745.0: A Model with p-mode Pulsations Consistent with the Observations”的論文發表在《天體物理雜志》（The Astrophysical Journal）上。 

恒星內部的某些不穩定機制能夠激發振動，振動波在恒星內部傳播并形成駐波，在恒星表面呈現出周期性震動。通過觀測和分析恒星震動的頻率，能夠讓我們了解恒星內部發生的物理過程、探測恒星內部的組成和結構，這種研究手段被稱為星震學。恒星內部的振動波存在兩種模式：一種是類似聲波的p模式（壓力模式），具有較高的頻率；另一種是類似重力內波的g模式（重力模式），頻率較低。 

白矮星結構和物態的特性，使得p模式震動不僅周期短（白矮星平均密度大），而且振幅小（白矮星表面重力強），以現有的觀測手段幾乎不能被探測到。然而，對于極小質量白矮星（質量小于0.2倍太陽質量），p模式震動的周期可以長達100秒量級并具有可觀測的振幅，從而有可能被觀測到。在一顆名為SDSS J111215.82+111745.0的極小質量白矮星上，探測到兩個周期分別為107.56秒和134.275秒的震動信號，與理論預言的p模式震動周期相符。這是首次在白矮星上觀測到具有較高可信度的p模式震動，曾在相關研究領域內引發了廣泛的關注。 

在本項工作中，研究人員選取SDSS J111215.82+111745.0作為研究對象，將兩個p模式震動信號包含到星震學模型中，連同另外5個g模式震動信號一起對模型參數進行限定。研究人員還對模型的氫/氦豐度輪廓進行了參數化處理（見圖1），與恒星參數（恒星質量、有效溫度）一起進行模型定標，在精確測定恒星參數的同時也獲得了該白矮星內部氫/氦元素分布的信息（見圖2），實現了對其內部組成和結構的探測。更值得一提的是，通過星震學定標的最優模型很好地再現了與觀測的p模式震動一致的結果，模型計算的兩個p模式震動的頻率與對應的觀測值的偏差均小于1微赫茲。理論模型為確認該白矮星p模式震動的實在性提供了有力的支持。 

本項研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項的資助。