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北京時間2023年6月21日,國際學術期刊《自然》在線發(fā)表了中國科學院國家天文臺科研團隊的一項重要成果。這項成果利用中國天眼FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)發(fā)現(xiàn)了一個名為PSR J1953+1844(M71E)的雙星系統(tǒng),其軌道周期僅為53分鐘,刷新了已知脈沖星雙星系統(tǒng)軌道周期的最短記錄。這一發(fā)現(xiàn)填補了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型中的一個缺失環(huán)節(jié),對脈沖星的研究具有重要意義。
脈沖星是由恒星演化和超新星爆發(fā)產生的天體,以其周期性的脈沖信號而聞名。其中,被稱為"毫秒脈沖星"的短周期脈沖星,其周期在1.4毫秒到23秒之間,可以與地球上最精準的原子鐘相媲美。天文學家一直在努力尋找和研究脈沖星雙星系統(tǒng),這些系統(tǒng)由脈沖星和其他恒星組成,彼此繞轉。
根據(jù)天體物理學模型,當兩顆星距離非常接近時,脈沖星會吞噬其伴星的物質,并且自身旋轉速度會越來越快。隨著雙星系統(tǒng)的演化,伴星的質量逐漸減小,脈沖星無法繼續(xù)吞噬物質并將伴星推離,這時兩顆星的相互旋轉速度也會變慢。天文學家將這類系統(tǒng)比作自然界中雌蜘蛛吃掉雄蜘蛛以供養(yǎng)自身的行為,因此將這類天體統(tǒng)稱為蜘蛛類脈沖星。
在過去的觀測中,已經發(fā)現(xiàn)了一些脈沖星雙星系統(tǒng),并研究了它們的演化。但是,蜘蛛類脈沖星從"紅背"狀態(tài)向"黑寡婦"狀態(tài)的演化過程尚未完全得到證實。這是因為在中間演化階段,脈沖星的軌道周期非常短,兩顆星的距離非常接近,對觀測提出了巨大的挑戰(zhàn)。
然而,借助中國天眼FAST的超高靈敏度和強大的探測能力,研究團隊取得了重要突破。他們利用FAST探測到了PSR J1953+1844(M71E)雙星系統(tǒng),并經過長期觀測,確定了該系統(tǒng)兩顆星繞轉一周的時間僅為53分鐘,這是迄今為止已知的繞轉速度最快的蜘蛛類脈沖星雙星系統(tǒng)。這一發(fā)現(xiàn)被確定為處于蜘蛛類脈沖星從"紅背"到"黑寡婦"演化過程的中間狀態(tài),填補了蜘蛛類脈沖星演化理論的一塊缺失環(huán)節(jié)。同時,該雙星系統(tǒng)的軌道面幾乎正對地球,這在天文學中是非常罕見的,我們對進一步的研究有著更多期待。
中科院上海天文臺臺長、研究員沈志強表示,這次在球狀星團M71中發(fā)現(xiàn)的PSR J1953+1844(M71E)脈沖星具有極其罕見的特點,其自轉周期僅為4.44毫秒。“這是脈沖星搜尋與物理研究方面的一個突破,直接證實了蜘蛛類脈沖星理論中演化中間態(tài)脈沖雙星的存在。同時,這也再次展示了FAST超高靈敏度的優(yōu)勢,揭示了它在產生重大科學突破方面的潛力。”
《自然》期刊的審稿人評價該成果為發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng),同時這一發(fā)現(xiàn)使脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短記錄縮短了約30%,預示著蜘蛛類脈沖星演化中存在著新的未知過程。
這項研究得到了中國科學院“穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊”計劃的支持,同時還得到了國家自然科學基金杰出青年基金、面上項目、聯(lián)合基金,以及國家重點研發(fā)計劃和中國科學院青年創(chuàng)新促進會的資助。
這項成果的取得不僅在脈沖星研究領域具有重要意義,同時也進一步展示了中國天眼FAST在天文學研究中的強大能力。相信隨著科學技術的不斷進步,我們將能夠更加深入地理解宇宙中這些神秘而精彩的天體現(xiàn)象。
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