揭开200年前神秘的食双星谜题

近200年来天文学家一直对明亮的冬季恒星御夫座ε星奇怪的变暗过程感到困惑。现在由于欧洲航天局盖亚卫星的精确距离测量，科学家们已经确定了参与这一过程的两颗恒星的质量，以及它们的物质交换是如何在地球上造成了几十年的日食。每隔27年御夫座ε星就会进行为期两年的变暗。科学家们推测是什么导致了日食：一团由流星、一黑洞、另一颗恒星或一盘物质组成的云。在2010年最近一次日食发生之前，天文学家开始怀疑这个系统包含了两颗恒星，周围环绕着一团气体和尘埃，但这对恒星的性质仍然是个谜。

Epsilon耳状系统图像，一个布满灰尘的圆盘围绕着一个伴星旋转。图片：NASA/JPL-Caltech

争论很长一段时间——天文学家(Gerard)柯伊伯和[奥托]特斯利用盖亚的新数据建立了恒星对的模型，这些恒星对可以产生在御夫座ε星系统中观察到的奇异信号。多亏了盖亚，发现双星系统比大多数先前的估计要小，而且物质交换正在进行。这是一个非常活跃的系统，“F-star正在沸腾，(而且)伴星正在抓取物质，产生一个大的尘埃盘。f型恒星比太阳略大，温度略高。

两世纪的谜题

1821年德国业余天文学家约翰·弗里奇(Johann Fritsch)首次注意到，从地球的角度来看，御夫座ε星的亮度已经降低了2.5倍，这一亮度在天文级别上是“数量级”，比前一年要高，然后又慢慢恢复到先前的亮度。出于好奇，天文学家们在1848年和1876年研究了这颗恒星，并将其标记为“不规则变数”，即一颗亮度变化的恒星。1903年天文学家们仔细观察了这颗恒星，发现它的亮度下降了6个月，接着是长达一年的持续变暗状态，然后又恢复到原来的状态。天文学家确定这颗恒星的半径是太阳的3000倍，这使它成为宇宙中已知的最大的恒星。对2010年事件的测量显示，这次日食是由一个巨大的圆盘在一个f型超巨星面前经过引起的。第二颗暗淡的星星在圆盘的中心。

但是科学家们还没有准备好结束这场有200年历史的讨论，他们还在继续讨论这颗超级巨星的性质。超巨星是宇宙中最大的恒星，它们重达100倍太阳质量(太阳质量等于太阳的质量)，争论的焦点是它是一个超级巨星——我们预计是10到20颗太阳质量的恒星——还是某种虚假的超级巨星，这可能是“一件小事情，一个核心和一个巨大的气体信封。所谓的超级巨星实际上可能是一颗质量与太阳相当的恒星。2010年日食发生后，美国宇航局的斯皮策太空望远镜和欧洲航天局的赫歇尔太空天文台的观测帮助减少了这些数字，但如果没有精确的距离，天文学家就无法获得最精确的恒星质量。

潜在的引力波

2013年欧空局发射了盖亚，雄心勃勃的计划用3D地图绘制银河系数十亿颗恒星。欧空局于2018年4月25日发布了盖亚的第二批数据，提供了许多恒星的精确距离——包括御夫座ε星。新的数据显示，这个奇怪的日食系统距离地球1600光年。先前的估计高达6400光年。精确的距离使天文学家能够确定恒星的真实大小和质量，这些细节对于理解系统至关重要。此前许多研究人员估计这两颗恒星的质量分别为15和12倍，但盖亚精确的距离测量排除了这些数据。在2010年日食期间，Stencel和Gibson利用新墨西哥州Apache Point天文台3.5米望远镜上的ARCES仪器研究了这个系统。

研究证实了有一股物质流存在于圆盘中，这表明恒星仍在将它们的质量从一个天体转移到另一个天体上。昏暗的恒星最初的重量是太阳质量的10倍，而现在明亮的恒星的重量是太阳的5倍。这两颗星星每隔100天绕一圈。通常大质量的恒星比小质量的恒星进化得更快。然而在Algol双星中，比如御夫座ε星，质量较低的恒星在吞噬同伴物质的过程中演化得更快。那颗奇怪的变暗的恒星可能就是这样，在2000万年的时间里，质量更大的恒星抛弃了它的物质，其中大部分物质最终落在了伴星身上。曾经更大的恒星缩小了，而它的伴星却膨胀了。根据ArXiv.org的博客Astrobites。

如今这颗曾经较大的恒星已经变成了一颗2.2倍太阳质量的冷f型恒星，而它的伴星则变成了一颗5.9倍太阳质量的b -矮星，周围环绕着一个圆盘，研究发表在皇家天文学会月刊上。如果它们发生碰撞，这种奇异的质量共享的白蚁双星在未来可能会变得更加有趣。任何数量的这些恒星都有可能成长为一个引力波源，在此之前科学家们已经发现了由两对共享物质的中子星产生的引力波，就像Algol恒星所做的那样。尽管天文学家将继续仔细研究在Epsilon Aurigae最近一次日食期间收集的数据，但这并不意味着他们不会期待下一次事件。

博科园-科学科普｜文：Nola Taylor Redd/Space