中国天眼FAST发现轨道周期最短脉冲星系统为经典双星演化理论提供关键证据世界微动态

2023-06-23 02:11:15 来源：搜狐数码收藏

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中国天眼FAST发现轨道周期最短脉冲星系统为经典双星演化理论提供关键证据

北京时间2023年6月21日，国际学术期刊《自然》在线发表中国科学院国家天文台科研团队的一项重要成果。该团队利用中国天眼FAST发现了一个名为PSR J1953+1844（M71E）的双星，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。该发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。

搜寻和发现射电脉冲星是FAST核心科学目标。脉冲星由恒星演化和超新星爆发产生，因发射周期性脉冲信号而得名，周期在1.4毫秒到23秒之间。被称为“毫秒脉冲星”的短周期脉冲星，可以与地球上最好的原子钟相媲美。

天文观测已经发现一些脉冲星处于双星系统中，和其它恒星一起绕转。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与黑寡妇来命名这此类天体，统称为蜘蛛类脉冲星。

从“红背”到“黑寡妇”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。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。

中科院上海天文台台长、研究员沈志强认为这次在球状星团M71中发现迄今为止轨道周期不到一小时的自转周期为4.44毫秒的脉冲星，实属罕见。“这是脉冲星搜寻与物理研究方面的一个突破，直接证实了蜘蛛类脉冲星理论所预言的演化中间态脉冲双星的存在。同时，这也再次展示了FAST超高灵敏度优势所蕴含产生重大科学突破的潜力。”

《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记录缩短约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在新的未知过程。

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。

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