宇宙中绝大部分恒星最终会演化成白矮星，进入衰老期。此前的研究认为，白矮星都会以相同的速度冷却寂灭。近日，一个国际研究团队发现，存在一类新的白矮星，其衰老过程较恒星标准演化模型更缓慢。相关研究成果9月6日发表于《自然—天文学》。
恒星演化理论表明，不是所有恒星都以同样的方式衰老死亡。质量大于10倍太阳质量的恒星，一般会形成超新星爆发而结束一生。但宇宙中的绝大多数恒星（约98%）最终会演化成为白矮星，然后逐渐冷却变暗，继而衰老死亡。因此，作为最终产物的白矮星也意味着“年老的恒星”。什么是白矮星？在恒星演化的最后阶段，外层物质迅速抛射，最后只留下曾经的“星核”，即白矮星，之后随着时间推移逐渐冷却寂灭。
“因为白矮星极为致密，无法通过引力收缩或核反应再产生能量，所以一般认为白矮星都会以相同的速度冷却。”论文第一作者、意大利博洛尼亚大学和意大利国立天体物理研究所博士研究生陈剑星告诉《中国科学报》，“我们的研究发现并不是所有的白矮星都以同样的方式冷却结束，存在一类比正常情况冷却更慢的白矮星。”
为什么这类白矮星的冷却更慢？论文通讯作者、意大利博洛尼亚大学和意大利国立天体物理研究所教授Francesco Ferraro解释道：“这类白矮星依然存在残留的氢壳层，壳层的质量虽然很薄，大约为太阳质量的1/10000，但已经足够维持其表面的稳定核反应，从而确保其有足够的能量延缓冷却进程。”Ferraro带领国际团队开展的研究基于对两个大型恒星集团的观测：球状星团M3与M13。
球状星团M3与M13在很多物理特性方面都极为相似，例如总质量、年龄和金属丰度等。所以这两个星团有时也被称作“双胞胎星团”。研究团队利用哈勃太空望远镜（HST）的深空数据，对这两个极为相似的恒星系统进行比较研究时发现，虽然M3与M13很多地方相似，但在恒星演化接近晚期的阶段却存在较显著的区别。这也为研究白矮星存在不同的冷却过程提供了理想的研究样本。
在对两个球状星团进行比较研究的过程中，研究团队惊讶地发现，在相同星等范围区间内，M13的白矮星的数量要明显地多于M3（M13中包含超过460颗白矮星，而M3中只有326颗）。更令人意外的是，M13包含的总体恒星的数量却比M3要少一些。也就是说，M13和M3中的白矮星冷却特征存在明显不同：M13的白矮星相较于M3而言，冷却速率更慢。
“所有答案都可以回到白矮星之前的演化阶段寻找。”陈剑星说。白矮星通常被认为已经结束了核反应，只存在纯粹的冷却过程，随着时间推移逐渐变冷变暗。但陈剑星等人的研究表明，纯冷却过程并不适用于所有的白矮星，而取决于其过去经历的演化阶段，一些白矮星可能依然存在其他的能量来源从而维持比普通白矮星更长的冷却时间。
这项研究结果也将对天文学家测量银河系恒星年龄产生直接影响。在此之前，白矮星演化模型是可预测的冷却过程，冷却温度与恒星年龄之间有一定的关联。所以白矮星的冷却速率也被当作宇宙时钟，从而可以确定所在星团的年龄。如果白矮星壳层存在氢燃烧，那么根据之前的方法确定的恒星年龄不确定度可达10亿年。
Ferraro最后总结说：“我们此次的发现改变了目前普遍对白矮星的定义，并且打开了对恒星演化衰亡过程新的认知，为进一步探索维持氢壳层从而减缓白矮星冷却的机制。我们正对其他类似M13的球状星团进行新的研究。”