白矮星是宇宙中最致密的天体之一,它的大小与地球相仿,但质量却与恒星相当。在一篇新发表于《自然》杂志上的论文中,天文学家报道了一颗不寻常的蓝色白矮星:它的大气有截然不同的两面——一面是氢,另一面是氦!这颗非同寻常的白矮星位于1300光年之外,质量介于太阳质量的1.2倍到1.27倍。它的绰号是“雅努斯(Janus)”,源自于罗马神话中有着前后两张面孔的神。
雅努斯最初是由兹威基瞬态设施(ZTF)发现的,该设备每天晚上都在圣地亚哥附近的加州理工学院帕洛玛天文台对天空进行扫描。它之所以能够引起研究人员的注意,是因为其快速变化的亮度。在对其展开进一步观测后,研究人员发现这颗白矮星每15分钟完成一次旋转,在此期间,它的亮度变化从最大值(当氢所覆盖的半球指向地球)变化到最小值(当氦所覆盖的半球指向地球)。
是什么原因导致一颗独自漂浮在太空中的白矮星有着如此截然不同的两面?研究人员对此也感到异常困惑,他们提出了一些可能的理论。一种可能是,雅努斯可能正在经历一种罕见的白矮星进化阶段。白矮星在形成后,在强大引力的作用下,较重的元素会下沉到核心,而大气层的上层只含有最轻的元素,通常是氢或氦。虽然白矮星刚诞生时非常炽热,但随着时间的流逝,它们会逐渐冷却。这种冷却会使物质混合在一起。
在某些情况下,氢被混合到白矮星内部并被稀释,导致氦变得更加普遍。雅努斯体现的可能正是这样一个过渡阶段,但一个紧迫的问题是:为什么这种过渡要以如此不连贯的方式发生,即一侧在另一侧之前演化?
研究人员认为,答案的关键可能在于磁场。宇宙天体周围的磁场往往是不对称的,或者说有一侧会更强。磁场可以阻止不同材料混合在一起。所以,如果一边的磁场更强,那么那一侧的混合度就会更低,从而含有更多的氢。研究人员提出的另一种解释也依赖于磁场。他们认为,磁场改变了大气气体的压力和密度。具体一点说,磁场可能会导致大气中的气压降低,这可能会导致在磁场最强的地方形成氢的“海洋”。
当然,除了磁场之外,雅努斯的特殊性也可能是因为它是由两颗白矮星并合形成的。研究人员不知道哪一种解释是正确的,为了帮助解开这个谜团,研究人员希望能通过ZTF发现更多与雅努斯类似的白矮星。