近日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)突破性研究成果。由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)韓金林研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，利用中國(guó)天眼FAST望遠(yuǎn)鏡，成功探測(cè)到一顆極為罕見(jiàn)的毫秒脈沖星，這一發(fā)現(xiàn)不僅為恒星演化理論提供了新的視角，也為致密星吸積物理和雙星并合引力波源的研究開(kāi)辟了新路徑。
在銀河系中，雙星系統(tǒng)是一種普遍存在的天體形態(tài)，但它們的演化過(guò)程一直是天文學(xué)研究的難點(diǎn)。韓金林團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的這顆毫秒脈沖星，與其伴星以3.6小時(shí)的周期相互繞轉(zhuǎn)，且在一個(gè)周期內(nèi)，有六分之一的時(shí)間會(huì)被伴星遮擋，這種現(xiàn)象被稱為掩食，類似于日食或月食。
據(jù)韓金林團(tuán)隊(duì)介紹，這顆毫秒脈沖星的自轉(zhuǎn)周期為10.55毫秒，處于一個(gè)極為緊湊的軌道上。通過(guò)FAST望遠(yuǎn)鏡的多次觀測(cè)，他們確認(rèn)了這個(gè)雙星系統(tǒng)的存在，并發(fā)現(xiàn)其伴星質(zhì)量至少與太陽(yáng)相當(dāng)，但軌道半徑卻僅有50萬(wàn)公里，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個(gè)太陽(yáng)大小的恒星所能占據(jù)的空間。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的天文學(xué)認(rèn)知，引發(fā)了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。
恒星演化理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星會(huì)更快地演化成致密星，如中子星或黑洞。在雙星系統(tǒng)中，較大質(zhì)量的恒星演化后形成的致密星會(huì)吸積伴星的物質(zhì)，導(dǎo)致伴星體積膨脹，甚至將致密星包裹在共同的氫元素包層中演化。這一過(guò)程中，致密星不僅吸積物質(zhì)加快自轉(zhuǎn)，還會(huì)將公共氫包層吹散，留下伴星中心燃燒的內(nèi)核。千年之后，這樣的雙星系統(tǒng)會(huì)演變成快速自轉(zhuǎn)的致密星與高溫氦星，在緊密軌道上相互繞轉(zhuǎn)。
然而，這類特殊雙星系統(tǒng)的存活時(shí)間極短，僅約一千萬(wàn)年，對(duì)于138億年的宇宙來(lái)說(shuō)，它們就像夜空中一閃而過(guò)的流星，極為罕見(jiàn)且難以觀測(cè)。韓金林團(tuán)隊(duì)通過(guò)模擬分析認(rèn)為，在銀河系千億顆恒星中，這樣的系統(tǒng)僅有幾十個(gè)。因此，這一發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了天文學(xué)家關(guān)于雙星系統(tǒng)共公包層演化的理論，還為其提供了直接觀測(cè)證據(jù)。
FAST望遠(yuǎn)鏡的極高靈敏度使其成為探測(cè)脈沖星的得力工具，尤其是對(duì)處于極短周期軌道上的脈沖星更為敏感。韓金林團(tuán)隊(duì)在利用FAST對(duì)銀河系進(jìn)行深度搜索時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這顆毫秒脈沖星，并通過(guò)后續(xù)觀測(cè)確認(rèn)了其雙星系統(tǒng)的特性。他們推測(cè)，這個(gè)伴星可能是一顆經(jīng)歷過(guò)公共包層演化的氦星，而脈沖星信號(hào)的掩食現(xiàn)象則是由氦星甩出的星風(fēng)物質(zhì)遮擋引起的。
這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于天文學(xué)研究具有重要意義。它不僅有助于深化我們對(duì)雙星演化具體過(guò)程的理解，如軌道收縮、物質(zhì)交流、中子星自轉(zhuǎn)加速以及公共氫元素包層被吹散等機(jī)制，還可能為致密雙星并合和引力波的產(chǎn)生機(jī)制提供新的限制。這一罕見(jiàn)天體的發(fā)現(xiàn)還有望在恒星群體演化、深度光學(xué)/紅外氦星觀測(cè)等領(lǐng)域引導(dǎo)出更多有趣的研究課題。
美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)的脈沖星雙星研究專家Scott Ransom在審稿時(shí)表示：“這是一個(gè)獨(dú)特的致密雙星系統(tǒng)，具有極高的科學(xué)價(jià)值。它有望在多個(gè)不同領(lǐng)域引導(dǎo)出有趣的研究課題，使我們對(duì)雙星演化中公共包層階段這一目前仍知之甚少的領(lǐng)域有更深入的認(rèn)識(shí)。”
