北京
中国青年报客户端北京5月23日电（中青报·中青网记者 张渺）今天，国际学术期刊《科学》在线发表中国科学家一项最新研究成果。中国科学院国家天文台韩金林研究员带领团队利用中国天眼FAST，发现了一个罕见的毫秒脉冲星，与伴星以3.6小时的周期相互绕转，且有六分之一的时间被伴星遮挡，这种情况也被称为掩食，犹如日食或月食。这一发现对恒星演化理论、致密星吸积物理和双星并合引力波源研究具有重要意义。
“中国天眼”发现罕见掩食脉冲星。中国科学院国家天文台供图
据介绍，恒星演化理论认为，质量越大的恒星演化速度越快。在双星系统中，较大质量的恒星一般会率先演化，最后塌缩成密度极高的致密星，比如中子星或黑洞。在这个阶段，较小质量的伴星应该会继续演化。但这颗伴星在演化时，物质会被致密星吸积，伴星会因为质量流失而体积膨胀，甚至膨胀到把致密星包裹，一起在公共的氢元素包层中演化约1千年。在这个过程中，具有强引力的致密星一方面吸积伴星的物质，使其自转加快。另外一方面，致密星与伴星相互绕转的过程中，把公共的氢包层全部吹散，留下伴星中心燃烧的内核。这时的伴星主要靠燃烧的氦元素发光，温度有几万摄氏度。演化千年之后，经历这一过程的双星最终会留下快速自转的致密星与高温氦星，在非常紧密的轨道上相互绕转。
然而，这类特殊的双星系统在宇宙中存活时间仅约一千万年，对于138亿年的宇宙而言稍纵即逝。根据韩金林团队所做的模拟分析，银河系千亿颗恒星中，这样的系统在银河系中仅有几十个，极为罕见且难以观测。因此，天文学家推断的双星系统共公包层演化的理论，也长期缺乏直接观测证据的支持。天文学家对于单个恒星如何演化已有相对清晰的认识。但过去几十年里，双星系统如何交互和演化一直是天文学领域的前沿难题。
中国天眼FAST的灵敏度极高，是发现脉冲星的利器，对观察处于极短周期轨道上的脉冲星更为敏锐。2020年5月，韩金林研究员团队利用FAST对银河系进行脉冲星深度搜索时，发现了一颗自转周期为10.55毫秒的毫秒脉冲星PSR J1928 + 1815。2020年11月，在利用FAST进行了几次后随观测后，研究人员证实它处于一个半径仅50万公里的致密轨道，相互绕转的轨道周期仅为3.6小时。它与伴星相互绕转时，有大约六分之一的时间被伴星遮挡。据推测，这个伴星的质量至少有1个太阳那么重，远超出一般掩食脉冲星的伴星，但狭小的轨道根本容不下一个像太阳这样的恒星。根据多方面的限制推断，这个伴星不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而应该是经历过公共包层演化的氦星。脉冲星信号掩食是氦星甩出的星风物质遮挡引起的。
这一罕见天体的发现，可以为天文学研究带来多方面的突破。首先，对于探索多年的恒星演化理论而言，这个双星系统就是双星公共包层演化阶段之后、处于致密轨道的特殊双星。这项发现有助于完善和深化研究者对双星演化具体过程的理解。其次，研究者推测这个中子星在公共包层里，应该在很短时间里吸积了大量物质，使脉冲星自转加快。新发现的致密双星可能是中微子散热机制理论的一个重要例证。另一方面，新发现的稀有双星可以演化成为引力波源，为致密双星并合和引力波的产生机制提供了新的限制。
来源：中国青年报客户端
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