北京天文馆科研人员利用墨子光学巡天精准刻画暗弱脉动白矮星内部结构

发布时间：2026年02月26日

近日，北京天文馆科学研究部联合培养硕士杨永辉（第一作者），郭金承副研究员（通讯作者）与中科大林杰博士（通讯作者），王挺贵教授团队合作，结合星震学模型与多波段观测数据，成功破解了一颗墨子光学巡天望远镜新发现的暗弱脉动白矮星WFST J0530的“身世之谜”。该研究通过构建高精度的理论模型，与Gaia卫星及地面光谱数据进行了多方位的交叉验证，展示了星震学在研究暗弱天体内部结构方面的独特优势。该成果发表于知名天文学期刊《Research in Astronomy and Astrophysics》（天文和天体物理学研究）。

墨子巡天望远镜（WFST）位于青海省冷湖赛什腾山，是一台口径2.5米的大视场光学巡天望远镜。凭借其高灵敏度和多波段观测能力，WFST能够精确探测到天体亮度的微小变化，所以在探测暗弱天体方面具有显著优势。在此次研究中，科研团队利用WFST在2023年9月和11月测试阶段采集的高精度g波段测光数据，成功新发现一颗亮度仅为19.13星等（Gaia G波段）的脉动白矮星。这是目前已知较暗的DA型脉动白矮星之一，此前只有极少数如此暗弱的目标被详细研究过。

图一：利用2.5米墨子巡天望远镜的精确光变和5米口径Hale望远镜的光谱信息，暗弱的WFST J0530得以被发现和深入研究。

白矮星是低质量恒星演化的最终产物，其高密度特性使其成为研究极端物理条件的天然实验室。当白矮星冷却到特定温度区间时，会产生非径向脉动，即“星震”。类似于通过地震波研究地球内部结构，天文学家可以通过分析白矮星的脉动频率来探测其内部构造。

针对WFST望远镜发现的目标WFST J0530，研究团队使用高性能计算设备，基于白矮星演化代码（WDEC）计算了多达1448万个演化模型。通过将理论计算的脉动周期与观测到的三个独立脉动周期（288秒、308秒和400秒）进行精细匹配，研究人员锁定了一个最佳模型。该模型显示，WFST J0530是一颗中等质量的白矮星，其有效温度约为11,850开尔文，质量约为0.60倍太阳质量。模型还揭示了其拥有氢大气层和一层极薄的氦层（质量约为白矮星总质量的万分之一）。

图二：脉动白矮星WFST J0530从中心到外部大气的化学元素所占百分比的轮廓图

为了验证星震学结果的可靠性，研究团队采用了多种独立方法进行对比。首先，星震学推导出的距离（约281.84秒差距）与Gaia卫星提供的三角视差距离（约285.94秒差距）高度一致，误差仅为1.45%。其次，星震学得出的有效温度和质量参数，也与利用加州理工学院5米口径的Hale望远镜获得的光谱拟合结果、Gaia低分辨率XP光谱分析结果以及光谱能量分布（SED）拟合结果在误差范围内保持一致。

图三：通过Gaia颜色-星等，XP低分辨率光谱信息，后随光谱拟合结果，独立与星震学结果进行对比发现仅3个观测频率获得的星震学结果仍然是可靠的。

演化轨迹分析表明，这颗白矮星的前身星是一颗质量约为2.9倍太阳质量的恒星。该研究证明，即使对于亮度较暗且探测到的脉动模式较少（仅3个）的白矮星，只要结合高质量的光谱，精确的Gaia数据和精细的星震学模型，依然能够获得精确的恒星参数及内部结构信息。这为未来利用大规模巡天项目研究海量暗弱变星奠定了坚实基础。

本项研究工作获得了国家自然科学基金(12203006)以及北科院北科青年学者(25CE-YS-02)等项目对于郭金承副研究员的资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/ae336e/pdf