北京天文館科學研究部郭金承助理研究員與楚雄師範學院陳彥輝教授，北京天文館館長、清華大學教授王曉鋒團隊等合作，從清華大學-馬化騰巡天望遠鏡(TMTS)數據中，發現了一顆新的DA型脈動白矮星TMTS J2345。結合後續望遠鏡的觀測數據，他們利用星震學對這顆白矮星的性質進行了深入研究。該研究成果於近期發表在國際知名SCI期刊《英國皇家天文學會月刊》（Monthly Notice of Royal Astronomical Society）上。
TMTS望遠鏡位於河北興隆觀測站，是由4個40厘米鏡筒組成的總共18平方度視場的巡天望遠鏡。該望遠鏡成像使用了4個4k*4k像素的CMOS相機，使得數據讀出時間小於1秒，可以用來進行連續高速測光。自從2020年開始運行以來，TMTS已經累積超過一千萬條不間斷的光變曲線，為特殊白矮星的光變研究提供了寶貴的數據來源。
圖1 頻譜圖證認了6個脈動頻率
脈動白矮星是一種由自身內部非徑向的引力波脈動造成星體不停收縮和膨脹而導致光度變化的特殊白矮星。通過對TMTS中白矮星光變的檢查，TMTS J2345被發現為可能的脈動白矮星候選體。通過5個夜晚的後續測光觀測以及對光變數據的頻譜圖分析證認出6個不同的脈動頻率（圖1）。然後利用基於恆星演化模型MESA的脈動白矮星WDEC軟體計算出的高達756萬個理論模型，對證認出的6個脈動頻率進行星震學模型擬合。
圖2 脈動白矮星從中心到外部大氣的所占百分比的輪廓示意圖
利用計算演化出的海量理論模型，擬合結果獲得了精確的白矮星的基本參數以及內部結構信息。結果表明TMTS J2345的有效溫度為12110+/-10K，質量為0.760+/-0.005倍太陽質量，核心的碳氧百分比分別為0.27和0.73。脈動白矮星內部化學元素占比輪廓也獲得了精確的刻畫（圖2）。研究人員利用美國Lick天文台的3米望遠鏡，同時也對TMTS J2345進行了光譜觀測。獨立的光譜擬合結果（有效溫度11778+/-617K，質量0.84+/-0.20倍太陽質量）也證實了星震學結果的可靠性。
另外根據TESS對TMTS J2345觀測的分析可探測到一個3.39小時的周期。由於白矮星3角秒距離內有一顆M矮星且TESS相隔一年的觀測周期信號強度顯著下降，因此3.39小時的周期應該是M矮星自轉周期。由於白矮星和M矮星相距較近，它們可能是被瓦解後的雙星系統（Gaia徑向距離3個秒差距）。研究中還分析了可能的瓦解原因並進一步對白矮星的前身星性質以及雙星演化進行了估算和限制。
通過對新的脈動白矮星的發現以及星震學分析，可以對白矮星的基本參數進行精確估計，有利於對其他方式估算的結果進行修正。更重要的是可以了解內部的化學構成，幫助理解白矮星的形成和演化。隨著北京天文館雙筒巡天望遠鏡（R2Pub）的順利運行，相信會有更多特殊的白矮星被挖掘研究。
本項研究工作獲得了國家自然科學基金以及北科院北科學者、創新培育項目的資助。
論文連結：
https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/523/1/1591/7176080
（北京天文館）
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