“天眼”发现轨道周期54分钟的脉冲星双星系统，这意味着什么？

发布者：沙流水随 2023-6-26 20:07

中国科学技术大学天文学系蔡一夫教授和马潇汉同学在向我们介绍中国“天眼”FAST最新发现的同时，也呼吁人们对于天文学的探索应该有更为深入的认识和关注。脉冲星双星系统是“天眼”FAST对脉冲星族群中一项非常重要的发现。这项重要成果让我们认识到，双星系统中脉冲星演化的形式更加复杂，但其对于相关领域的发展和启示意义也很深远。

脉冲星：宇宙中的信标和灯塔

脉冲星是宇宙中的信标和灯塔。这是由于脉冲星发出了具有非常稳定周期的脉冲信号，其稳定性堪比实验室中最精确的计时装置“原子钟”。因此，我们在追踪天文事件方面，可利用脉冲星的脉冲信号来计算精确的时间。自1967年首个脉冲星被发现以来，脉冲星的数量已经达到数千颗。但随着科学技术和天文观测手段的不断发展，我们对它的理解和应用将更加深入。

中国“天眼”FAST，拥有着极强的观测能力，作为当今世界最大的“填充口径”的球面射电望远镜。它的直径达到了500米，更像是一面巨型的碗，可以从各个方向接收天体辐射信息。FAST的运行，对于国际天文学研究的发展起到了举足轻重的作用。与此同时，随着全球的天文科技水平不断提高，对于FAST的观测数据的研究和分析，将成为未来科学研究的重要范式。

脉冲星双星系统的物理背景

脉冲星双星系统不同于单一脉冲星，其恒星在宇宙中形成了一对双星系统，服从于引力定律的相互作用。当恒星大小和密度差异较大时，双星系统中质量较大的恒星就会向较小的恒星周围不断抢夺物质，这一过程称为质量捕获。最终形成了极端辐射的脉冲星双星系统。由于脉冲星的质量可能会超过太阳1.4倍，这意味着其可以压缩物质，使得脉冲星的体积很小，仅比地球还要小，但又拥有与太阳相当的质量。这样的小巨人拥有非常强大的引力和磁场，能够通过旋转、周向和径向的电磁辐射发射脉冲光。而在脉冲星双星系统中，强大的引力不但使恒星之间越来越靠近，还不断改变它们彼此的自转角速度和轨道周期。

脉冲星双星系统本质上是一个复杂的天体物理系统，直接影响中子星的演化历程，为研究恒星的自转和改变的机制提供了重要线索。其中，“蜘蛛”类脉冲星是一种特殊的脉冲星双星系统。在这种双星系统中，两颗恒星之间的距离非常小，质量大的那颗恒星在引力的作用下不断从小的恒星那里抢夺物质。这样一来，一个以脉冲星为主星，伴星的物质被主星吸积，被称为“蜘蛛”。这样的“蜘蛛”系统是由新生的恒星寿命短、辐射能量较强所形成。其高能量反应被认为产生于恒星的极点区域。

蜘蛛类脉冲星的演化历史

“黑寡妇”脉冲星是“蜘蛛”类脉冲星的一种。在黑寡妇脉冲星系统中，伴星的质量很小，大约小于太阳的1/10，并且它的绕转周期更短。现有的天体物理学理论猜想，黑寡妇脉冲星系统是从“红背”系统演化而来。而“红背”蜘蛛类脉冲星系统中，伴星的质量大约是太阳质量的0.1-0.4倍，它的绕转周期大约是一天。幸运的是，我们在对一个名为PSRJ19531844（M71E）的脉冲星双星系统进行长期观测后，发现这个系统正处于“红背”到“黑寡妇”演化的中间状态，这一发现填补了该领域的观测空白，也证实了蜘蛛类脉冲星的演化理论。这一发现具有重要的科学价值，为我们进一步研究脉冲星族群的演化提供了参考。在未来的探索中，如何更好地探测脉冲星双星系统的演化过程，将成为天文学研究领域中的重要方向之一。

总之，脉冲星双星系统成为“天眼”FAST对脉冲星族群中另一个更为复杂和重要的发现。这一发现很好地展示了FAST的强大观测能力和对天文学领域的贡献，同时也让我们更深入地了解脉冲星的物理特性和演化历程。科技进步的不断推动，将会使得人类对于宇宙的认知越来越深刻，而中国科学技术大学天文学系作为在这一领域的引领者之一，也将在未来的探索中不断产生重大的科研成果，为人类走向更加美好的未来献力。