“中國天眼”發現罕見掩食脈衝星

    【中新社北京二十三日電】被譽為“中國天眼”的五百米口徑球面射電望遠鏡(FAST)又獲得一項新成果——發現一個罕見的毫秒脈衝星，其與伴星以三點六小時的周期相互繞轉，且有六分之一的時間被伴星遮擋（即掩食）。

    天文前沿難題

    這項重要天文發現研究由中國科學院國家天文台韓金林研究員帶領團隊完成，對恆星演化理論、緻密星吸積物理和雙星併合引力波源研究具有重要意義。北京時間二十三日凌晨，相關成果論文在國際知名學術期刊《科學》上線發表。

    韓金林研究員介紹，天文學家對於單個恆星如何演化已有相對清晰的認識，但雙星系統如何交互和演化一直是天文學領域的前沿難題。

    恆星演化理論認為，質量越大的恆星演化速度越快。在雙星系統中，較大質量的恆星一般會率先演化，最後塌縮成密度極高的緻密星，如中子星或黑洞。在這個階段，較小質量的伴星應該會繼續演化，但該伴星在演化時，物質會被緻密星吸積，伴星會因為質量流失而體積膨脹，甚至膨脹到把緻密星攬入懷中，一起在公共的氫元素包層中演化約一千年。

    在此過程中，具有強引力的緻密星一方面貪婪吸積伴星的物質，使其自轉加快。另一方面，緻密星與伴星相互繞轉的過程中，把公共的氫包層全部吹散，留下伴星中心燃燒的內核。這時的伴星主要靠燃燒的氦元素發光，溫度有幾萬度。

    千年之後，經歷共同演化過程的雙星最終留下快速自轉的緻密星與高溫氦星，在非常緊密的軌道上相互繞轉。然而，這類特殊的雙星系統在宇宙中存活時間僅約一千萬年，對於一百三十八億年的宇宙而言，如同夜空中稍縱即逝的流星。

    韓金林稱，根據研究團隊所做模擬分析，銀河系千億顆恆星中，該特殊雙星系統在銀河系中僅有幾十個。因它們極為罕見，且難以觀測，所以，天文學家推斷的雙星系統公共包層演化的理論，也長期缺乏直接觀測證據的支持。

    基於“中國天眼”極高的靈敏度，二○二○年五月，研究團隊對銀河系進行脈衝星深度搜索時，發現一顆自轉周期為十點五五毫秒的毫秒脈衝星PSR J1928+1815。同年十一月，利用“中國天眼”進行幾次後隨觀測後，證實該毫秒脈衝星處於一個半徑僅五十萬公里的緻密軌道，相互繞轉的軌道周期僅為三點六小時。它與伴星相互繞轉時，有大約六分之一的時間被伴星遮擋。

    有助研究突破

    研究團隊推測，這個伴星的質量至少有一個太陽那麼重，遠超出一般掩食脈衝星的伴星，但狹小的軌道根本容不下一個像太陽這樣的恆星。根據多方面的限制推斷，該伴星不是普通恆星，也不是演化後的緻密伴星，而應該是經歷過公共包層演化的氦星，脈衝星信號掩食則是氦星甩出的星風物質遮擋引起。

    韓金林表示，毫秒脈衝星PSR J1928+1815這一罕見天體的發現研究，可為天文學研究帶來諸多突破：有助於完善和深化對雙星演化具體過程的理解；可能是中微子散熱機制理論的一個重要例證；可以演化成為引力波源，為緻密雙星併合和引力波的產生機制提供新的限制。