发现蜘蛛脉冲星的缺失环节天文学家验证了长期存在的理论

来源：cnBeta 　2023-08-29 22:50:34

中国科学院国家天文台（NAOC）的科学家及其国际合作伙伴利用五百米球面射电望远镜（FAST）确定了一个轨道周期为53分钟的双脉冲星系统。这个新发现的系统被称为 PSR J1953+1844 或 M71E，它弥补了我们以前对蜘蛛脉冲星系统演化阶段认识的空白。

(相关资料图)

M71E（图中右侧的脉冲星双星）、FAST（图中底部）和球状星团 M71（背景）的照片。图片来源：ScienceApe/CAS/NAOC

这些发现最近发表在《自然》杂志上。

第一颗脉冲星发现于 1967 年。到目前为止，已经发现了大约 3000 个这样的迷人天体，它们像天空中的陀螺一样有规律地快速旋转。

有些脉冲星位于双星系统中，与伴星一起运行。如果两颗恒星靠得很近，脉冲星就会吞食伴星的物质来保持旋转。开始时，伴星很重。但当脉冲星"吃掉"伴星后，两颗恒星就会靠得更近，并以越来越快的速度绕着对方旋转。相反，随着伴星质量减小，重量变轻，脉冲星就无法继续"掠夺"，从而将伴星推开。因此，脉冲星的轨道速度减慢了。

这种行为让人联想到雌性蜘蛛吃掉雄性蜘蛛，因此天文学家将这两个阶段的天体分别以红背蜘蛛和黑寡妇蜘蛛命名。它们被统称为蜘蛛脉冲星。

从红背蜘蛛到黑寡妇蜘蛛的演化需要很长的时间，最长可达数亿年。在此之前，只有处于红背蜘蛛和黑寡妇状态的双脉冲星系统被探测到，中间状态尚未发现。原因在于，该理论预测的中间状态脉冲星的轨道周期会非常短，而且两颗恒星之间的距离非常近，从而给观测带来了挑战。因此，蜘蛛脉冲星系统从红背星到黑寡妇星的演化理论并没有得到充分证明。

然而现在，世界上最大、最灵敏的射电望远镜FAST证实了这种演化路径的可能性。研究小组利用 FAST 的长期观测发现了一个蜘蛛脉冲星系统，它的轨道持续时间是迄今发现的最短的，只有 53 分钟。根据观测过程中的各种迹象，研究人员确定该系统处于从红背到黑寡妇演化路径上的中间状态，从而填补了蜘蛛脉冲星演化理论中缺失的一环。

"双星的轨道几乎是面对面的，这样的系统极为罕见。FAST利用其极高的探测能力，在浩瀚的星海中发现了它。这填补了蜘蛛脉冲星系统演化过程中的空白，体现了[FAST]前所未有的灵敏度。"

《自然》杂志的审稿人认为这是一个"非常有趣的脉冲星双星系统"。这一发现将脉冲星双星系统最短轨道周期的记录缩短了约30%，表明蜘蛛脉冲星演化过程中出现了一个未知的新过程"。

这项工作是与贵州大学、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、德国马克斯-普朗克研究所和拉斯维加斯内华达大学合作完成的。

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