本項(xiàng)研究成果示意圖。　中科院國(guó)家天文臺(tái) 供圖

(相關(guān)資料圖)

被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(FAST)再次收獲一項(xiàng)重要科研成果——發(fā)現(xiàn)目前所知軌道周期最短脈沖星雙星系統(tǒng)，填補(bǔ)了蜘蛛類(lèi)脈沖星系統(tǒng)演化模型缺失的一環(huán)。

中國(guó)科學(xué)院(中科院)國(guó)家天文臺(tái)6月21日下午在北京和“中國(guó)天眼”所在地貴州平塘兩地同步舉行新聞發(fā)布會(huì)宣布，該臺(tái)科研人員領(lǐng)導(dǎo)中外合作團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”天文觀測(cè)數(shù)據(jù)最新發(fā)現(xiàn)一個(gè)名為PSR J1953+1844(M71E)的雙星系統(tǒng)，其軌道周期僅為53分鐘，是迄今發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。這一重要天文發(fā)現(xiàn)及研究成果論文，已在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

M71E在伴星質(zhì)量-軌道周期圖上的位置。　中科院國(guó)家天文臺(tái) 供圖

《自然》期刊審稿人評(píng)價(jià)認(rèn)為，“中國(guó)天眼”這項(xiàng)成果發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)，這一發(fā)現(xiàn)使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短記錄縮短約30%，預(yù)示著蜘蛛類(lèi)脈沖星演化中存在新的未知過(guò)程。

中科院國(guó)家天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，天文觀測(cè)此前已發(fā)現(xiàn)一些脈沖星處于雙星系統(tǒng)中，和其他恒星一起繞轉(zhuǎn)。按照已有的天體物理學(xué)模型：如果兩顆星的距離很近，脈沖星會(huì)吞掉身旁這顆恒星的物質(zhì)，并使自身越轉(zhuǎn)越快。因恒星初始質(zhì)量較大，隨著脈沖星蠶食恒星，兩顆星的距離越靠越近，相互繞轉(zhuǎn)速度也越來(lái)越快；隨著雙星系統(tǒng)演化，恒星被大量蠶食后質(zhì)量變小，脈沖星難以繼續(xù)吸積并把恒星推開(kāi)，其相互繞轉(zhuǎn)的速度也就變慢。因?yàn)檫@種行為類(lèi)似自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供養(yǎng)自身的行為，天文學(xué)家就以?xún)煞N蜘蛛的名字“紅背”與“黑寡婦”來(lái)命名此類(lèi)天體，統(tǒng)稱(chēng)為蜘蛛類(lèi)脈沖星。

左：紅色箭頭指示M71E的位置，旁邊是球狀星團(tuán)M71；右：來(lái)自FAST觀測(cè)數(shù)據(jù)的示意圖。　中科院國(guó)家天文臺(tái) 供圖

從“紅背”到“黑寡婦”脈沖星-恒星系統(tǒng)的演化過(guò)程可長(zhǎng)達(dá)數(shù)億年。天文學(xué)界之前僅探測(cè)到分別處于“紅背”與“黑寡婦”狀態(tài)的系統(tǒng)，但并未發(fā)現(xiàn)這二者演化的中間狀態(tài)，原因是在此階段的脈沖星軌道周期非常短、兩個(gè)星的距離非常近，對(duì)觀測(cè)提出極大的挑戰(zhàn)，蜘蛛類(lèi)脈沖星從“紅背”向“黑寡婦”系統(tǒng)的演化理論也因此尚未完全證實(shí)，一直備受學(xué)界關(guān)注。

在本項(xiàng)研究中，中科院國(guó)家天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)借助“中國(guó)天眼”的超高靈敏度和極強(qiáng)探測(cè)能力，研究證實(shí)了從“紅背”向“黑寡婦”系統(tǒng)的演化路徑，研究團(tuán)隊(duì)使用“中國(guó)天眼”探測(cè)到M71E雙星系統(tǒng)，長(zhǎng)期觀測(cè)后確定這一系統(tǒng)兩顆星繞轉(zhuǎn)一周的時(shí)間僅為53分鐘，自轉(zhuǎn)周期4.44毫秒，是目前已發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的蜘蛛脈沖星系統(tǒng)，并確定其處于“紅背”到“黑寡婦”系統(tǒng)演化過(guò)程的中間狀態(tài)，命名為“華美寇蛛”脈沖星，從而填補(bǔ)了蜘蛛脈沖星演化理論的缺失環(huán)節(jié)。

中科院國(guó)家天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)表示，“中國(guó)天眼”最新研究發(fā)現(xiàn)的目前所知軌道周期最短脈沖星雙星系統(tǒng)，其軌道面近乎朝向地球，極為罕見(jiàn)，期待后續(xù)進(jìn)一步研究有更多發(fā)現(xiàn)。

據(jù)了解，“中國(guó)天眼”建成運(yùn)行以來(lái)，已發(fā)現(xiàn)脈沖星超過(guò)780顆，是全球發(fā)現(xiàn)脈沖星最多的天文觀測(cè)大科學(xué)裝置。同時(shí)，基于“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)研究“出好成果、出大成果”的階段已經(jīng)開(kāi)啟。 (記者 孫自法 張偉)