长亮不歇、持续升温，共生双星的秘密为何备受天文学家关注？
哈勃望远镜对共生双星系统HM Sge的新观测发现，这颗在1975年发生新星爆发的恒星，其温度仍在上升。
艺术家绘制的HM Sge双星系统概念图，展示了物质从红巨星流向白矮星，并在其周围形成吸积盘的过程。
（图源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、莉亚·哈斯塔克（空间望远镜研究所））
哈勃空间望远镜观测到了一个双星系统中的热核爆炸余波，该系统距离我们大约3400光年。
HM Sagitta（天箭座），简称HM Sge，是一个共生双星系统。在这个系统中，白矮星正在从其伴星——一颗红巨星那里吸取物质。这些被 “窃取”的物在白矮星周围形成了一个旋转的吸积盘。当吸积盘上的物质一次性大量落入白矮星时，由于压力和温度的急剧升高，会在白矮星表面引发剧烈的热核爆炸。
虽然这次爆炸的能量不足以摧毁白矮星，使其成为超新星，但它释放的能量足以使整个双星系统亮度大增，成为一颗“新星”。
1975年4月至9月间，HM Sge在天箭座中经历了一次新星爆发。它的亮度在夜空中增强了6个星等，从原本只有口径超过305毫米（约12英寸）的望远镜才能捕捉到的+17等亮度（值得一提的是，冥王星亮度约为+14星等）飙升至+10.5等，这意味着它现在可以用口径约102毫米（4英寸）的小型望远镜观测到（口径约50毫米的普通双筒望远镜在良好的观测条件下可以看到亮度为+9至+11星等的天体），因此业余天文学家得以追踪这一现象。总体而言，这相当于亮度增加了约250倍。
自发生新星爆发以来，HM Sge的行为并不遵循常规模式：大多数新星会在爆发后几天内迅速变暗，而HM Sge却在亮度峰值维持了多年，直到20世纪80年代中期才开始逐渐变暗，期间还经历了几次显著的亮度下降。即便到了现在，它的亮度也仅降至约+12星等。
“1975年，HM Sge从一颗不起眼的恒星变成了该领域所有天文学家都关注的焦点。随着时间推移，围绕它的密集研究活动才逐渐减少。”美国空间望远镜研究所的拉维·桑克里特在一份声明中说道。
“像HM Sge这样的共生星在银河系中非常稀有，能够目睹它们产生类似新星的爆发更是难得一见，”拉维·桑克里特的同事、史蒂文·戈德曼在声明中补充道，“这一独特的天文现象成为了天体物理学家数十年来宝贵的研究对象。”
多年来，天文学家利用各种望远镜对HM Sge进行了观测，希望能够解开其中的奥秘。如今，戈德曼和桑克里特团队基于2021年哈勃太空望远镜的观测数据，以及美国国家航空航天局现已退役的索菲亚平流层红外天文台的数据，取得了新的研究成果。该平流层红外天文台是一架改装后搭载红外望远镜的波音747飞机，在2021年和2022年进行了数据收集。
自1985年以来，HM Sge系统逐渐变暗的部分原因可能在于该系统中红巨星的行为。这颗红巨星是一颗米拉型变星，名称来源于鲸鱼座的米拉（即鲸鱼座o星），这类恒星以大约534天的周期发生脉动。
该系统之所以从20世纪80年代中期开始变暗，可能由以下两种原因之一引发：
一方面，可能是由于红巨星的脉动震荡造成了比通常更大的质量损失，导致大量尘埃喷发，进而阻挡了部分光线；另一方面，可能是因为该系统中的白矮星与红巨星在一个周期为90年的非圆轨道中绕彼此运行，当前二者间的距离正逐渐增大，导致流向白矮星的物质减少，从而亮度降低。目前，系统中两颗恒星相距约40个天文单位（1天文单位指地球与太阳平均距离，即约1.496亿公里或9300万英里）。作为对比，海王星距离太阳的平均距离为30天文单位。
此外，哈勃望远镜的观测发现了来自电离镁的强发射线。这条发射线在1990年的HM Sge光谱中并不存在，当时白矮星的温度约为20万摄氏度（40万华氏度）。强电离镁的出现表明，白矮星的温度在此期间上升到了25万摄氏度（45万华氏度）。尽管双星系统的亮度在总体上有所减弱，但HM Sge中的白矮星因此成为最热的已知白矮星之一。这一温度升高的原因目前仍是一个谜。
由哈勃太空望远镜拍摄的HM Sge。图像显示包围该系统的星云状物是由红巨星喷出的物质。（图源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、拉维·桑克里特（空间望远镜研究所）、史蒂文·戈德曼（空间望远镜研究所））
此外，平流层红外天文台首次在共生双星系统中探测到了来自水蒸气的发射线，并利用其信号作为指示物去测量吸积盘特性。水分子似乎以每秒29公里（约18英里）的速度运动，这被认为是它们沿着吸积盘边缘流动的速度。
然而，与1990年相比，HM Sge光谱中的大多数发射线已有减弱，说明该系统正在缓慢变化并演化，这可能与红巨星和白矮星之间的距离逐渐增大有关。
戈德曼和桑克里特的团队得出结论，HM Sge系统在1975年新星爆发后很快就稳定下来，进入了一个“新的常态”，其亮度每年仅产生缓慢下降（亮度的波动在可见光和红外光波段中都有出现，但出现时间不总是同步，这依然可以归因于红巨星的行为）。整体亮度的衰减可能会以缓慢的速度持续多年，直到白矮星和红巨星在轨道上再次接近，两者之间流动的物质量增加，并触发另一次新星爆发。
白矮星预言了红巨星伴星的命运。两颗天体都曾是同一个双星系统中的两颗类太阳恒星，其中一颗质量稍大于另一颗。质量较大的恒星更快消耗核燃料，最终演化为红巨星，并抛弃了其外层稀薄的包层，暴露出惰性核心——白矮星。另一颗恒星则演化稍慢，但现在也正在沿着与其同胞相同的轨迹前进，先演化为红巨星，再经过大约百万年左右的时间演变成白矮星。
红巨星转变过程中引起的引力剧变可能会使两颗白矮星接近。若两者相撞，它们将以Ia型超新星的形式爆炸，但这一事件可能需要几亿年，甚至数十亿年才会发生。
基于哈勃望远镜和平流层红外天文台观测数据的研究成果已发表于《天体物理学杂志》上。
BY:Keith Cooper
FY: 雨上萧
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