西安交大科研人员在实验室天体物理研究领域取得重要进展

白矮星是中低质量恒星演化的最终产物，银河系中近97%的恒星都会以白矮星的方式终结一生，实验室开展类白矮星条件测量对于解释天文望远镜观测现象、确定星体状态和寿命、推测宇宙演化过程至关重要。宇宙中大部分白矮星内核主要由碳元素和氧元素组成，外层大气为氢和氦的混合物，表面温度约1万开尔文。然而，编号为H1504+65的白矮星却极为特殊，根据美国航空航天局NASA的钱德拉X射线望远镜和远紫外线天文望远镜的观测数据推断，白矮星H1504+65的表面温度约20万开尔文，是目前发现的温度最高的白矮星，其外壳大气中的氢和氦在形成过程中全部被驱散，内核却完整保留，主要成分为碳和氧，同时可能含有少量的氖和镁，而造成其大气富碳和富氧的具体原因至今尚无定论（图1）。

图1 白矮星H1504+65（图片来自Sliwinski, M.S. and Sliwinska, L.I.）

目前，白矮星H1504+65大气成分以及基本状态参数均基于天文观测光谱分析确定，然而部分观测谱线尚未被准确识别，部分波段受天文观测条件限制处于空白状态。近日，西安交通大学物理学院赵永涛教授团队与中物院激光聚变研究中心、深圳技术大学、中科院近代物理研究所、中科院物理所以及中国科学院大学等单位合作，利用星光III强激光大科学装置制备了类白矮星H1504+65大气状态的均匀稠密等离子体，获得了软X射线及极紫外波段的上百条高分辨光谱，标识了若干新谱线，填补了15-90nm波段的天文观测空白，为其基本状态参数的确定以及相关理论建模和参数优化提供了数据支持，同时也为更广泛条件下实验室天体物理研究提供了一种新方案（图2）。

图2 (a)实验室制备类白矮星H1504+65大气状态物质的实验设计以及诊断排布示意图；

(b)实验室观测光谱钱德拉天文观测数据的对比

相关研究成果以“类白矮星H1504+65大气模型的碳氧特征线实验室观测”（Laboratory Observation of C and O Emission Lines of the White Dwarf H1504+65-like Atmosphere Model）为题在《天体物理学期刊》（The Astrophysical Journal）在线发表。西安交通大学物理学院博士生马步博、任洁茹副教授以及激光聚变研究中心王少义助理研究员为论文共同第一作者，西安交通大学赵永涛教授、激光聚变研究中心周维民研究员及深圳技术大学曹磊峰教授为论文共同通讯作者。该工作得到国家重点研发计划、国防基础科研科学挑战专题项目、国家自然科学基金及激光与物质相互作用国家重点实验室基金等项目的支持。

赵永涛教授自2015年入职西安交通大学青年拔尖人才计划以来，先后主持国家重点研发计划项目、国防科工局基础科研挑战计划课题、国家自然科学基金重点项目等12项；带领团队博士后和副教授获批国家自然科学基金国际合作重点项目和面上项目等11项，荣获国防基础科研科学挑战计划“挑战英才奖”，获2019年度“中国政府友谊奖”和“三秦友谊奖”等，建设了400kV强流离子加速器大型实验平台，主办、承办5次较大规模的国内和国际学术会议，在《自然通讯》《物理评论快报》等期刊发表论文50余篇，为物理学科建设以及物理学科与核医学、加速器技术等领域的交叉创新作出了贡献。

赵永涛教授作为主要学术带头人之一，建设了激光与粒子束科学技术研究所。目前研究所拥有教职员工13人，主要研究方向包括基于加速器和强激光的高能量密度物理和聚变科学，电子、离子和激光诱导的原子分子超快反应动力学，基于相对论超强激光的强场QED效应，核科学技术在医学、核能、材料等领域的应用等。

论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac18c3

赵永涛教授个人主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/zhaoyongtao

西安交通大学激光与粒子束科学技术研究所主页：https://istlpb.xjtu.edu.cn