“中國天眼”發(fā)現(xiàn)軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)

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科技日報記者 陸成寬

6月20日，《自然》在線發(fā)表了一項關于脈沖星的最新研究成果。基于“中國天眼”（FAST）的觀測數(shù)據(jù)，我國天文學家發(fā)現(xiàn)了一個軌道周期僅為53分鐘的脈沖星雙星系統(tǒng)。該雙星系統(tǒng)是目前發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)，這一發(fā)現(xiàn)填補了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型中缺失的一環(huán)。

中科院國家天文臺供圖

在自然界中，黑寡婦蜘蛛和紅背蜘蛛為大家所熟悉，它們以“謀殺親夫”而聞名，雌雄交配后，雌性蜘蛛會很快吃掉雄性同伴。無獨有偶，在浩瀚宇宙中，天文學家發(fā)現(xiàn)有些脈沖星也有類似的行為，因此他們便腦洞大開地將其命名為蜘蛛類脈沖星。

所謂蜘蛛類脈沖星，其實是指一種毫秒脈沖星，是超新星爆發(fā)時產(chǎn)生的中子星的一種。最初，蜘蛛類脈沖星以雙星的形式存在，在雙星互相繞轉的過程中，伴星及其周邊物質(zhì)可能遮擋主星的輻射，導致射電望遠鏡探測不到主星的脈沖信號，產(chǎn)生像日食一樣的掩食現(xiàn)象?！案匾氖?，在這個過程中，星空會發(fā)生‘謀殺案’，主星會用自己的輻射和星風‘吸食’伴星物質(zhì)。”論文通訊作者、中科院國家天文臺研究員姜鵬說。

深入研究后，天文學家發(fā)現(xiàn)，蜘蛛類脈沖星可以分為兩類：紅背蜘蛛脈沖星和黑寡婦蜘蛛脈沖星。其中，紅背蜘蛛脈沖星的軌道周期短于1天，其伴星質(zhì)量介于0.1—0.4倍太陽質(zhì)量之間；黑寡婦蜘蛛脈沖星則更為極端，其軌道周期短至數(shù)小時，伴星質(zhì)量不超過0.03倍的太陽質(zhì)量。

“一般認為，黑寡婦蜘蛛脈沖星可能是從紅背蜘蛛脈沖星演化而來的。理論預言，還存在一種處于演化中間狀態(tài)的脈沖雙星，這一中間狀態(tài)的脈沖星的軌道周期應該是1小時或者更短，其伴星質(zhì)量大約是0.1倍的太陽質(zhì)量。但是，這樣的天體一直都沒有被觀測到，蜘蛛類脈沖星從紅背向黑寡婦演化的理論尚未得到證實。”姜鵬說。

“探測不到的原因是在此階段的脈沖星軌道周期非常短、兩個星的距離非常近，對觀測提出了極大的挑戰(zhàn)?！闭撐墓餐谝蛔髡摺⒅锌圃簢姨煳呐_副研究員潘之辰進一步解釋道。

借助FAST的超高靈敏度和極強探測能力，研究團隊探測到一個名為PSR J1953+1844（M71E）的雙星系統(tǒng)，長期觀測后，確定這一系統(tǒng)兩顆星繞轉一周的時間僅為53分鐘，伴星的質(zhì)量約為0.07倍的太陽質(zhì)量。該雙星系統(tǒng)是目前已發(fā)現(xiàn)的繞轉速度最快蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)，且處于紅背到黑寡婦系統(tǒng)演化過程的中間狀態(tài)，填補了蜘蛛類脈沖星演化理論的缺失環(huán)節(jié)。同時，該雙星系統(tǒng)軌道面近乎朝向地球、極為罕見，期待進一步研究有更多發(fā)現(xiàn)。

《自然》審稿人評價道，這項研究發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)；這個發(fā)現(xiàn)使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短紀錄縮短約30%，預示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。

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