北京
来源：人民日报
本报北京9月16日电 （记者吴月辉）中国科学院国家天文台9月16日发布消息：依托中国天眼超高探测灵敏度，国家天文台韩金林研究员领衔的中国天眼银道面脉冲星巡天团队取得重要发现，捕获一颗处于紧致轨道的双中子星系统脉冲星J1856—0039，是轨道周期极短、目前已知总质量最轻的双中子星系统。
这项重要天文发现的多项观测结果精准验证了广义相对论，为探索极端天体物理、引力本质与宇宙元素起源提供了关键的新目标，相关研究成果日前发表于《物理评论快报》。
中子星是大质量恒星死亡坍缩后形成的极致密天体残骸，运转规律精准稳定，被誉为“宇宙精密时钟”。双中子星系统由两颗中子星相互绕转构成，是宇宙中极为罕见的特殊天体系统。这类天体系统历经两次超新星爆发形成，未来将通过引力波辐射并合演化，是宇宙金、铂等重元素的重要诞生源头，也是研究极端高密度物态、检验广义相对论、解析超新星爆发机制的天然理想实验室。
“其中，短周期双中子星相对论效应更强、并合时间更短，科研价值尤为突出，一直是国际大型射电望远镜脉冲星巡天的重要科学目标。”韩金林说。
作为全球灵敏度最高的单口径射电望远镜，中国天眼搭配高性能L波段19波束制冷接收机，具备极强的脉冲星探测能力。团队依托自主研发的快照观测模式，开展大规模银道面脉冲星系统性搜寻，迄今已成功发现约900颗新脉冲星。通过持续后续精准观测，团队甄别出多例特殊天体系统，脉冲星J1856—0039是其中之一。
观测数据显示，该双中子星系统轨道周期仅2.36小时，在人类已知双中子星系统中位列第二短。极短的轨道周期意味着两颗中子星间距极小、双星相互绕转轨道的致密程度极高，是目前已知相对论效应表现最显著的双中子星系统之一。同时，该系统刷新了人类已知双中子星质量下限，整体总质量仅为2.488倍太阳质量，为迄今发现的总质量最轻的双中子星组合。其中可见脉冲星质量约1.30倍太阳质量，伴星中子星的质量约1.19倍太阳质量。该伴星跻身全球已知最轻中子星行列，逼近中子星理论质量下限，有助于精准解析超新星爆发物理机制。
韩金林说，得益于极致致密轨道，该双中子星系统拥有极端的强引力环境，研究团队成功观测到多项清晰的相对论效应。他们精准探测到椭圆轨道近星点进动、强引力场引发的光子频率红移、高速运动产生的时间膨胀效应，以及系统因持续辐射引力波损耗能量、轨道周期缓慢衰减等主要特征。数据测算显示，本次测得的轨道周期衰减数值与广义相对论预测值之比为1.009±0.014，证实了广义相对论的正确性。
据团队模型推演，该系统的两颗中子星将在约8200万年后发生并合，最终大概率形成一颗更大质量的中子星。这一特殊演化路径，对破解中子星内部物态方程难题、探究宇宙中金、铂等重元素的起源奥秘有重要作用。
该系统还具备后续科学突破能力。“它极小的轨道倾角和极短的轨道周期，为探测脉冲星自转时产生的参考系拖拽效应创造了绝佳条件。”韩金林说，目前仅一两例双中子星系统具有探测该效应的潜力，参考系拖拽效应与中子星转动惯量直接相关，后续依托中国天眼持续高精度观测，有望精确测量中子星的转动惯量。
韩金林说，结合已精准测定的中子星质量数据，长期观测和研究脉冲星双星系统能为揭示中子星内部物质状态、探索时空引力基本特性等前沿科学问题提供关键的约束条件。
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