近日，厦门大学天文团队与北京天文馆合作，系统搜寻了LAMOST 最新发布的白矮星样本的红外超出，发现有50个源的红外辐射超出了白矮星自身的光球辐射，其中37个为首次发现，显著扩充了当前具有红外超出的白矮星样本。该研究结果已被国际知名天文期刊《天体物理学报》接受。

白矮星是低质量（小于8-10个太阳质量）恒星演化到晚期的产物；宇宙中绝大多数的恒星都将演化为白矮星，包括我们的太阳。当一颗类日恒星燃尽了中心的氢和氦，形成的碳核在引力的作用下收缩，导致温度升高；这个温度还不足以令碳发生核聚变，却加速了外覆各层中氢和氦的燃烧，由此产生的辐射压使得外包层膨胀并冷却，恒星再次演化为红巨星。红巨星的半径约为太阳的100倍，足以湮没水星轨道。在此后不到100万年的时间里，物质向外扩散形成行星状星云，残留的内核即为白矮星。白矮星的密度非常高，依靠电子简并压与引力对抗从而达到平衡态。由于白矮星的内部不再发生核聚变反应，其在宇宙中会逐渐变冷、变暗，最终成为一颗黑矮星。

图1   ：太阳系的演化示意图。太阳从一颗主序星（上）演化为红巨星（中），最终变成白矮星（下）。小行星受到外轨道行星的扰动可能被白矮星瓦解，形成尘埃盘。图源：Nautilus

理论研究表明，一部分行星可以在宿主恒星的红巨星阶段存留下来。这一预言被近年来的观测所证实：包括在白矮星周围发现尘埃盘、小行星、甚至行星。一般认为，尘埃盘是小行星受到扰动后进入白矮星的洛希瓣并被其潮汐瓦解形成的。在白矮星的照耀下，这些尘埃颗粒将损失角动量、旋进白矮星的升华半径；在粘滞作用下，这些富含金属的气体进一步被吸积到白矮星的表面，导致其光谱呈现金属吸收线（甚至发射线）。一般认为，在不存在尘埃盘的情况下，白矮星的光谱不会出现金属线，因为其大气金属的扩散时标远小于白矮星的冷却年龄。

图2   ：小行星被白矮星撕碎形成尘埃盘的艺术家想象图。图源：NASA

尘埃盘的另一个重要的观测特征是白矮星的能谱分布存在红外超出，相对于白矮星的光球辐射（近似为黑体谱）。尘埃盘因受到白矮星的照射，其温度由内到外逐渐衰减，主要辐射在红外波段。目前已发现的带尘埃盘的白矮星约有100个，主要是借助Spitzer空间望远镜在中红外波段的观测。具有WISE波段红外超出的尘埃盘候选体也仅发现了100个左右，主要基于SDSS和Gaia巡天的白矮星样本。构建一个白矮星尘埃盘的统计样本对于检验行星系统的长期演化模型具有重要意义，包括对地球未来命运的预测。

白矮星的红外超出还有可能来自较冷的伴星，比如晚M型矮星或褐矮星。褐矮星又称为“失败”的恒星，其质量约为木星的13到80倍，中心温度不足以触发氢的核聚变。关于褐矮星还存在一些开放性问题，包括如何解释“褐矮星沙漠”（观测发现主序星-褐矮星双星的距离很少有在3个天文单位以内的）、褐矮星的形成机制（类似恒星亦或类似行星？）等。对白矮星-褐矮星双星系统的研究有望揭开这些谜题。目前发现的白矮星-褐矮星双星仅10对左右。

基于LAMOST DR5去年公布的3000多个白矮星样本，该研究团队结合SDSS、Pan-STARRS、2MASS、UKIDSS、WISE巡天的光学、红外测光数据，系统拟合了846个白矮星的能谱分布，发现了7对白矮星-M型矮星双星、31对白矮星-褐矮星双星以及12个白矮星+尘埃盘候选体。对这些候选体的后随观测（如高分辨率红外成像、红外光谱）可以进一步明确这些白矮星红外超出的起源。

该研究论文的第一作者是厦门大学天文系的硕士研究生汪琳和助理教授张小霞，通讯作者是张小霞助理教授和王俊峰教授，其他合作者包括我系的张志翔博士后、方陶陶教授、顾为民教授、姜小川博士后以及北京天文馆的郭金承博士。此工作获得了国家自然科学基金和科技部国家重点研发项目的支持。

论文预印本链接：https://arxiv.org/abs/2301.00705