IT之家 6 月 21 日消息,据新华社,中国科研学者再次利用天眼 FAST 取得了一项重要成果,研究团队利用中国天眼 FAST 发现了一个名为 PSR J1953+1844(M71E)的双星系统,其轨道周期仅为 53 分钟,是目前发现轨道周期最短的脉冲星双星系统。

官方表示,该发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。这项成果已于 6 月 21 日发表于国际学术期刊《自然》上(IT之家附 DOI:10.1038/s41586-023-06308-w)

《自然》期刊审稿人评价:该成果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。


(资料图片仅供参考)

按照已有的天体物理学模型:如果两颗星的距离很近,脉冲星会吞掉身旁这颗恒星的物质,并使自身越转越快。因恒星初始质量较大,随着脉冲星蚕食恒星,两颗星的距离越靠越近,相互绕转速度也越来越快;随着双星系统演化,恒星被大量蚕食后质量变小,脉冲星难以继续吸积并把恒星推开,其相互绕转的速度也就变慢。因为这种行为类似自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供养自身的行为,天文学家就以两种蜘蛛的名字红背 (redback) 与黑寡妇 (black widow) 来命名这类天体,统称为蜘蛛类脉冲星 (spider pulsar)。

从“红背”(redback) 到“黑寡妇”(black widow) 脉冲星-恒星系统的演化过程可长达数亿年。此前天文学界仅探测到分别处于“红背”与“黑寡妇”状态的系统,但并未发现这二者演化的中间状态。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。因此蜘蛛类脉冲星从“红背”向“黑寡妇”系统的演化理论尚未完全证实。

借助中国天眼 FAST 的超高灵敏度和极强探测能力,这一演化路径得到证实。研究团队使用 FAST 探测到 M71E 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,是目前已发现的绕转速度最快蜘蛛脉冲星系统。被确定为是处于红背到黑寡妇系统演化过程的中间状态,填补了蜘蛛脉冲星演化理论的缺失环节 (图 2)。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》期刊审稿人评价该成果为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。

文章的共同第一作者包括国家天文台潘之辰、卢吉光和云南天文台陈海亮;通讯作者包括国家天文台姜鹏、韩金林和美国内华达大学拉斯维加斯分校张冰,合作者来自贵州大学贵州射电天文台,云南天文台,上海天文台,国家授时中心,北京大学,中国科学院大学,德国马克思普朗克研究所,美国内华达大学拉斯维加斯分校等多家国内外单位。

此项研究得到中国科学院“稳定支持基础研究领域青年团队”计划支持,得到国家自然科学基金杰出青年基金、面上项目、联合基金、青年基金,国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会等的资助。

图 1:左:红色箭头指示 M71E 的位置,旁边是球状星团 M71;右:来自 FAST 观测数据的 M71E 的平均脉冲轮廓和偏振位置角。

图 2:M71E 在伴星质量-轨道周期图上的位置。红色和蓝色的线均表示双星演化理论模拟的路径。M71E 处于演化中间状态。

这项成果作者来自中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院、中国科学院射电天文与技术重点实验室、中国科学院云南天文台、贵州大学贵州射电天文台、马克斯普朗克射电天文学研究所、北京大学天文系、北京大学卡维理天文与天体物理研究所、北京大学物理学院核物理与技术国家重点实验室、美国内华达大学天体物理中心、内华达大学物理与天文学系、中国科学院国家授时中心、中国科学院上海天文台、贵州大学公共大数据国家重点实验室。

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