“中国天眼”发现轨道周期最短的脉冲星双星系统

• 2023-06-22 10:07:23 来源：科技日报

(资料图片仅供参考)

科技日报记者 陆成宽

6月20日，《自然》在线发表了一项关于脉冲星的最新研究成果。基于“中国天眼”（FAST）的观测数据，我国天文学家发现了一个轨道周期仅为53分钟的脉冲星双星系统。该双星系统是目前发现的轨道周期最短的脉冲星双星系统，这一发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。

中科院国家天文台供图

在自然界中，黑寡妇蜘蛛和红背蜘蛛为大家所熟悉，它们以“谋杀亲夫”而闻名，雌雄交配后，雌性蜘蛛会很快吃掉雄性同伴。无独有偶，在浩瀚宇宙中，天文学家发现有些脉冲星也有类似的行为，因此他们便脑洞大开地将其命名为蜘蛛类脉冲星。

所谓蜘蛛类脉冲星，其实是指一种毫秒脉冲星，是超新星爆发时产生的中子星的一种。最初，蜘蛛类脉冲星以双星的形式存在，在双星互相绕转的过程中，伴星及其周边物质可能遮挡主星的辐射，导致射电望远镜探测不到主星的脉冲信号，产生像日食一样的掩食现象。“更重要的是，在这个过程中，星空会发生‘谋杀案’，主星会用自己的辐射和星风‘吸食’伴星物质。”论文通讯作者、中科院国家天文台研究员姜鹏说。

深入研究后，天文学家发现，蜘蛛类脉冲星可以分为两类：红背蜘蛛脉冲星和黑寡妇蜘蛛脉冲星。其中，红背蜘蛛脉冲星的轨道周期短于1天，其伴星质量介于0.1—0.4倍太阳质量之间；黑寡妇蜘蛛脉冲星则更为极端，其轨道周期短至数小时，伴星质量不超过0.03倍的太阳质量。

“一般认为，黑寡妇蜘蛛脉冲星可能是从红背蜘蛛脉冲星演化而来的。理论预言，还存在一种处于演化中间状态的脉冲双星，这一中间状态的脉冲星的轨道周期应该是1小时或者更短，其伴星质量大约是0.1倍的太阳质量。但是，这样的天体一直都没有被观测到，蜘蛛类脉冲星从红背向黑寡妇演化的理论尚未得到证实。”姜鹏说。

“探测不到的原因是在此阶段的脉冲星轨道周期非常短、两个星的距离非常近，对观测提出了极大的挑战。”论文共同第一作者、中科院国家天文台副研究员潘之辰进一步解释道。

借助FAST的超高灵敏度和极强探测能力，研究团队探测到一个名为PSR J1953+1844（M71E）的双星系统，长期观测后，确定这一系统两颗星绕转一周的时间仅为53分钟，伴星的质量约为0.07倍的太阳质量。该双星系统是目前已发现的绕转速度最快蜘蛛类脉冲星系统，且处于红背到黑寡妇系统演化过程的中间状态，填补了蜘蛛类脉冲星演化理论的缺失环节。同时，该双星系统轨道面近乎朝向地球、极为罕见，期待进一步研究有更多发现。

《自然》审稿人评价道，这项研究发现了一个非常有趣的脉冲星双星系统；这个发现使得脉冲星双星系统的轨道周期最短纪录缩短约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在新的未知过程。

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