近日，中国科学院云南天文台助理研究员吴程远及其合作者揭示了极大质量碳氧白矮星的形成，发现这类天体起源于碳氧白矮星与氦白矮星的并合。这一成果以《Formation of ultra-massive carbon–oxygen white dwarfs from the merger of carbon–oxygen and helium white dwarf pairs》为题发表在2022年5月出版的《英国皇家天文学会月刊（MNRAS）》上。
白矮星是中、小质量恒星最后演化阶段的产物，银河系中97%的恒星都以白矮星结束其一生。按照组成成份，它们可分为氦白矮星、碳氧白矮星以及氧氖镁白矮星。研究白矮星具有重要意义，它可以让我们更好地了解巨星阶段的物质损失过程，能够帮助我们研究恒星内部的一些物理过程，如震动以及扩散等。与此同时，双星系统中，极大质量白矮星也与Ia型超新星前身星、引力波源密切相关。
一般而言，质量超过1.05 M⊙的白矮星被称作极大质量白矮星。最近，Gaia卫星释放的数据揭示了赫罗图中极大质量白矮星区域有数量上的增丰。这一现象说明一些物理机制，例如元素结晶、富中子同位素沉降等，会使得白矮星的冷却发生延迟，进而在赫罗图上产生数量堆积现象。此外，这些白矮星动力学年龄很大，暗示其具有极端冷却延迟，进而说明极大质量白矮星中有一部分是碳氧白矮星。
目前，极大质量碳氧白矮星的起源依旧不清楚。为此，吴程远等人提出了碳氧白矮星与氦白矮星并合模型来解释这类天体的起源。在该模型中，由于引力波辐射，两颗白矮星相互靠近并最终发生并合（见图1）。并合过程中，小质量的氦白矮星迅速融合到大质量碳氧白矮星上，并形成了高温致密的包层。随后，研究者对其并合后的演化过程进行了研究，发现并合后天体类似于贫氢富碳的巨星，随着氦包层的燃烧，中心碳氧核质量不断增加，并在核质量达到1.2 M⊙后发生表面的碳点燃。尽管演化过程中的星风物质损失率会极大地影响最终白矮星的质量，然而，表面碳点燃的质量却几乎不受星风大小、金属丰度以及恒星自转速率的影响。该工作表明，至少一部分极大质量碳氧白矮星可以通过碳氧白矮星与氦白矮星并合产生。
该成果受到国家自然科学基金支持。
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图1.双白矮星并合示意图。图片源自NASA。
