「中國天眼」發現罕見掩食脈衝星 揭開雙星演化謎團

「中國天眼」發現罕見的掩食脈衝星。圖/取自微信影片
「中國天眼」發現罕見的掩食脈衝星。圖/取自微信影片

「中國天眼」(FAST)今天(23日)傳出重大發現,在銀河系中發現一顆極為罕見的「掩食毫秒脈衝星系統」。

由《科學》(Science)期刊刊登一項來自大陸的重大天文發現——大陸科學院國家天文台韓金林領導的團隊,利用世界最大單口徑射電望遠鏡「中國天眼」,發現一顆極為罕見的「掩食毫秒脈衝星系統」。這一成果不僅填補了天文觀測上的空白,也為恆星演化、致密星吸積物理以及未來引力波研究開啟了新篇章。

此次發現的脈衝星命名為 PSR J1928+1815,它的自轉期只有10.55毫秒(相當於每秒旋轉近95次),與一顆伴星組成雙星系統。兩者以3.6小時為一個周週期互相繞行,且在每個週期中,脈衝星有六分之一的時間被伴星遮擋,這種現象稱為「掩食」,類似地球上看到的日食或月食。

中國天眼位於貴州平塘,自2016年啟用。圖/取自微信影片

中國天眼位於貴州平塘,自2016年啟用。圖/取自微信影片

根據研究團隊推測,該伴星至少有一個太陽的質量,卻以僅約50萬公里(約為地月距離的1.3倍)的極近距離繞行脈衝星,如此緊密的軌道排除了普通恆星存在的可能。研究人員認為,該伴星極可能是一顆經歷「公共包層演化」後的氦星內核,表面溫度達數萬度,所釋放出的星風造成了脈衝訊號的遮擋。

所謂「公共包層」(common envelope)是雙星系統演化過程中的一個關鍵階段,當其中一顆恆星膨脹至將另一顆包裹住,兩顆星會在同一氣體包層內互動,造成軌道劇烈收縮、能量大量損失,最終可能導致恆星合併或形成緊密雙星系統。

韓金林團隊此次的發現,是該理論罕見的觀測實證,提供了天文學界長期探討但證據不足的演化模型一項重要佐證。

此次發現有三大研究意義:從恆星演化到引力波預測

 1.恆星演化新證據:雙星系統如何在包層中演化、物質如何交換與軌道如何收縮,這一發現為相關理論提供具體觀測支撐。

 2.致密星物理驗證:中子星在吸積物質過程中可能透過中微子冷卻機制釋放能量,這顆脈衝星可能成為中微子散熱理論的重要觀測案例。

 3.引力波研究前哨:如此稀有的雙星系統,未來可能因軌道收縮合併產生引力波,為探測雙致密星合併事件提供預測樣本。

掩食脈衝星藏著雙星演化謎團。圖/取自中國科學院國家天文台

掩食脈衝星藏著雙星演化謎團。圖/取自中國科學院國家天文台

據韓金林研究團隊分析,整個銀河系中,目前已知類似的掩食毫秒脈衝星系統不超過數十個,而它們在宇宙中存在的時間僅約一千萬年,只占138億年宇宙年齡的 0.07%。FAST憑藉其前所未有的靈敏度,才得以捕捉這短暫又難得一見的天體。

美國國家射電天文台(NRAO)天文學家對此成果表示高度讚賞,認為這一系統「具有極高科學價值,將推動多個領域的研究突破」。

中國天眼(全稱「五百公尺口徑球面射電望遠鏡」)位於貴州平塘,自2016年啟用。此次發現始於2020年5月,研究團隊在進行銀河系脈衝星普查時首次發現目標,隨後進行多次後隨觀測,歷時近五年,最終確認這一極罕見系統的存在。

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