第99章 LP 145（DA白矮星）（1/2）

LP 145-141：白矮星演化史中的宇宙遗珠

在望远镜指向南天极附近的印第安座方向时，一颗编号为LP 145-141（又称WD 2359-434）的白矮星以其独特的物理特性，悄然成为天文学研究的重点关注对象。这颗距离地球仅14.9光年的星体，表面温度约7900开尔文，发光度不足太阳的万分之一，看似平凡无奇。然而，作为已知距离第三近的白矮星系统（仅次于天狼B和南河三B），它不仅为研究恒星晚期演化提供了绝佳样本，更因其超高纯度的氢大气层（DA型）和意外的高金属丰度，成为挑战白矮星形成理论的典型案例。

白矮星的前世：恒星葬礼与引力压缩

LP 145-141最初是一颗质量约2.3倍太阳的A型主序星，比今天的太阳明亮15倍。约12亿年前，它耗尽了核心的氢燃料，膨胀为红巨星并经历了剧烈的氦闪，随后抛射出壮观的行星状星云（现已完全弥散不可见）。最终坍缩成的白矮星质量约0.7倍太阳，被压缩至地球大小的球体内，平均密度达1.4吨/立方厘米——如此极端条件下，电子简并压力成为抵抗引力坍缩的唯一力量。

这颗白矮星的冷却轨迹尤其值得玩味。标准白矮星演化模型预测，它应已冷却至少9亿年至现今温度。然而，对周边物质吸积率的测量显示，其表层氢层可能比预期更薄（仅10?12太阳质量），导致冷却速度比标准模型快5%。这一偏差暗示其前身星可能经历了异常剧烈的质量损失，甚至可能存在过双星并合事件——盖亚卫星的精确自行测量显示其具有异常高的空间速度（约50 k/s），这是双星系统瓦解后的典型逃逸速度。

DA型白矮星的纯氢谜题

白矮星大气通常分为两类：DA型（氢主导）与非DA型（氦或金属主导）。LP 145-141属于罕见的极纯DA型，其大气氢纯度达99.999%——光谱中几乎检测不到任何氦或金属吸收线。这种极端化学分层的起源存在两种对立假说：

1. 重力沉降主导模型：较重的氦元素在数十万年内沉降到大气下层，仅留最轻的氢漂浮表层。

2. 星际吸积筛选机制：星体从星际介质中优先捕获氢原子（电离氢更易被磁场约束）。

2021年哈勃太空望远镜（HST）的COS光谱仪在LP 145-141极紫外波段（110-300n）发现了戏剧性转折——虽然可见光谱纯净如水，但在Lyan-α线翼却检测到微弱的硅、碳、氧电离吸收。这些金属元素总丰度仅相当于太阳的10??，但分布深度违反常规沉降理论。最新解释认为，白矮星可能存在垂直方向的弱对流层（深度约10米），能周期性地将深层微量金属搅动至表面。

重金属污染的意外发现

更令人震惊的是斯皮策太空望远镜的中红外观测。在24微米波段，LP 145-141展现出显着超出黑体辐射预期的红外超——这表明存在温度约400K的尘埃盘。ALMA后续观测在距离星体0.3天文单位处（约水星轨道半径）发现了一个稀薄的岩石碎片环，总质量约101?千克（相当于小行星带的1%）。理论计算指出：

该尘埃盘源自被潮汐撕裂的类谷神星天体（直径约500公里）。

金属元素硅、镁的沉降时间需百万年级别，说明盘物质至今仍在持续吸积。

硅酸盐颗粒的发射特征提示其经历过熔化重结晶，暗示白矮星曾短期升温至K以上。

这种金属污染-尘埃盘双重建模为行星系统幸存理论提供了关键证据。若LP 145-141周围确实存在残留的行星物质，将强力支持恒星死亡后行星轨道稳定性的计算机模拟结果——那些未被红巨星吞噬的外行星可能迁移至更远轨道继续存活。

宇宙计时器：白矮星年龄测定

作为天然的热力学时钟，LP 145-141的冷却年龄测定引发了一场方法论革命。传统技术依赖其表面温度与模型等时线比对，但因氢层厚度的不确定性会产生±20%误差。而通过测量其晶核核心的中微子冷却率（由日本神冈探测器间接约束），结合盖亚卫星提供的精确距离（14.892±0.009光年）与光度，天文学家实现了±5%的精度突破——结果确认其实际年龄约11.7亿年，比前身星理论寿命（9亿年）长30%，这一矛盾可能意味着其核心结晶化进程比预期更慢。

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