在國際科學界引發轟動的最新研究中,中國科學家通過“中國天眼”FAST望遠鏡成功探測到一顆極為罕見的毫秒脈沖星。這項突破性成果已被國際頂級學術期刊《科學》在線發表,由中國科學院國家天文臺的韓金林研究員及其團隊主導完成。
這顆脈沖星與其伴星以驚人的3.6小時周期相互繞轉,且在繞轉周期中有六分之一的時間被伴星遮擋,形成類似日食或月食的天文現象,被稱為掩食脈沖星。這一發現不僅令人驚嘆,更在天文學領域具有深遠的意義,對恒星演化理論、致密星吸積物理及雙星并合產生的引力波研究提供了寶貴的數據和新的視角。
長期以來,天文學家對單個恒星的演化過程已有較為清晰的認識,但在銀河系的廣闊天地中,雙星系統才是恒星的主要存在形式。雙星系統的交互和演化一直是天文學研究的前沿難題,尤其是雙星公共包層演化階段,更是充滿了未知與挑戰。
在雙星系統中,質量較大的恒星通常會先演化成密度極高的致密星,如中子星或黑洞。隨后,質量較小的伴星在繼續演化的過程中,其物質會被致密星吸積,導致伴星體積膨脹,甚至將致密星包裹在內,共同在公共的氫元素包層中演化約一千年。在這一過程中,致密星不僅吸積伴星物質加快自轉,還會吹散公共氫包層,留下燃燒氦元素的內核。
然而,這類特殊的雙星系統在宇宙中的存活時間極短,僅約一千萬年,對于138億年的宇宙歷史而言,它們猶如夜空中轉瞬即逝的流星,極為罕見且難以觀測。因此,盡管天文學家提出了雙星系統公共包層演化的理論,但長期缺乏直接觀測證據的支持。
“中國天眼”FAST以其極高的靈敏度,成為了發現脈沖星的強大工具,尤其是對處于極短周期軌道上的脈沖星更為敏感。2020年5月,韓金林研究員團隊在利用FAST對銀河系進行深度搜索時,意外發現了這顆自轉周期為10.55毫秒的毫秒脈沖星PSR J1928+1815。經過后續的多次觀測,團隊證實了這顆脈沖星處于一個半徑僅50萬公里的致密軌道上,繞轉周期僅為3.6小時,且存在掩食現象。
據推測,這顆脈沖星的伴星質量至少相當于一個太陽,但如此狹小的軌道根本無法容納一個像太陽這樣的恒星。因此,團隊推斷這個伴星應該是經歷過公共包層演化的氦星。脈沖星信號的掩食現象是由氦星甩出的星風物質遮擋引起的,這一發現為雙星演化理論提供了新的證據和視角。
這一罕見天體的發現對于天文學研究具有多方面的突破意義。它不僅有助于完善和深化我們對雙星演化具體過程的理解,如軌道收縮、物質交流、中子星自轉加速以及公共氫元素包層被吹散等機制,還可能成為中微子散熱機制理論的重要例證。這顆稀有雙星未來可能演化成為引力波源,為致密雙星并合和引力波的產生機制提供了新的限制和研究方向。
美國國家射電天文臺的脈沖星雙星研究專家Scott Ransom作為該論文的審稿人之一,對這項研究給予了高度評價。他認為,這是一個獨特的致密雙星系統,具有極高的科學價值,有望在恒星群體演化、引力波源預測、雙星和恒星演化過程以及深度光學/紅外氦星觀測等多個領域引導出有趣的研究課題,推動我們對雙星演化中公共包層階段這一未知領域的深入認識。