天文學家利用斯隆數字巡天觀測到的 26,041 顆白矮星目錄，證實了這些古老超緻密恆星中存在長期預測的效應。
兩顆質量相同但溫度不同的白矮星的概念圖；較熱的恆星（左）稍微蓬鬆一些，而較冷的恆星（右）則更緊湊。圖片來源：Roberto Molar Candanosa / 約翰·霍普金斯大學。
質量不足以在恆星演化結束時轉變為中子星或黑洞的恆星會排出其外層，留下其核心，即稱為白矮星的緻密殘餘物。
所有初始質量為 0.07 到 8 個太陽質量的恆星（約佔所有恆星的 97%）最終都會以白矮星的形式結束生命。
約翰·霍普金斯大學天體物理學家妮可·克魯普勒博士說：“白矮星是特徵最鮮明的恆星之一，我們可以用它來測試這些普通物理學的基本理論，希望我們能找到一些古怪的東西來指向新的基礎物理學。”
“如果你想尋找暗物質、量子引力或其他奇異的東西，你最好了解普通物理學。”
“否則，看似新穎的東西可能只是我們已經知道的效應的新表現。”
這項新研究依賴於對這些極端條件如何影響白矮星發射的光波的測量。
遠離如此巨大物體的光在逃離重力的過程中會失去能量，逐漸變紅。
這种红移效應像橡膠一樣以望遠鏡可以測量的方式拉伸光波。
正如愛因斯坦廣義相對論所預測的那樣，它是由極端重力引起的時空扭曲造成的。
通過對白矮星相對於地球的運動進行平均測量，並根據其重力和大小對它們進行分組，天文學家分離出重力紅移，以測量較高的溫度如何影響其氣態外層的體積。
該團隊在 2020 年對 3000 顆白矮星進行的調查證實，由於電子簡併壓力，恆星在質量增加時會收縮，電子簡併壓力是一種量子力學過程，可以在數十億年的時間內保持其緻密核心穩定，而不需要核聚變，而核聚變通常支持我們的太陽和其他類型的恆星。
克魯普勒博士說：“到目前為止，我們還沒有足夠的數據來自信地證實較高溫度對質量大小關係的微妙但重要的影響。”
“下一個前沿領域可能是檢測不同質量的白矮星核心化學成分的極其細微的差異，”約翰·霍普金斯大學的天體物理學家納迪亞·扎卡姆斯卡博士說。
“我們並不完全了解恆星形成白矮星所需的最大質量，而不是中子星或黑洞。”
“這些越來越高精度的測量可以幫助我們測試和完善有關大質量恆星演化過程以及其他鮮為人知的過程的理論。”
“這些觀察結果還可以幫助嘗試發現暗物質的跡象，例如軸子或其他假設的粒子，”克魯普勒博士說。
“通過提供更詳細的白矮星結構圖片，我們可以利用這些數據來揭示特定暗物質模型的信號，從而在我們的銀河系中產生干涉圖案。”
“如果兩顆白矮星位於同一個暗物質乾擾斑塊內，那麼暗物質將以同樣的方式改變這些恆星的結構。”
儘管暗物質具有引力，但它不會發射望遠鏡可以看到的光或能量。
科學家們知道它構成了太空中的大部分物質，因為它的引力影響恆星、星系和其他宇宙物體的方式類似於太陽影響地球軌道的方式。
“我們已經把頭撞在牆上試圖弄清楚暗物質是什麼，但我想說我們已經蹲下來了，”克魯普勒博士說。
“我們知道暗物質不是什麼，我們對它能做什麼和不能做什麼有限制，但我們仍然不知道它是什麼。”
“這就是為什麼了解像白矮星這樣的簡單天體物理物體如此重要，因為它們給發現暗物質可能是什麼帶來了希望。”
這學習出現在天體物理學雜誌。
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妮可·R·克魯普勒等人。 2024。白矮星質量半徑關係與引力紅移的溫度依賴性檢測。應用J977、237；二：10.3847/1538-4357/ad8ddc
