本項研究成果示意圖。　中科院國家天文臺 供圖

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被譽為“中國天眼”的500米口徑球面射電望遠鏡(FAST)再次收獲一項重要科研成果——發(fā)現(xiàn)目前所知軌道周期最短脈沖星雙星系統(tǒng)，填補了蜘蛛類脈沖星系統(tǒng)演化模型缺失的一環(huán)。

中國科學院(中科院)國家天文臺6月21日下午在北京和“中國天眼”所在地貴州平塘兩地同步舉行新聞發(fā)布會宣布，該臺科研人員領導中外合作團隊利用“中國天眼”天文觀測數(shù)據(jù)最新發(fā)現(xiàn)一個名為PSR J1953+1844(M71E)的雙星系統(tǒng)，其軌道周期僅為53分鐘，是迄今發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。這一重要天文發(fā)現(xiàn)及研究成果論文，已在國際著名學術期刊《自然》在線發(fā)表。

M71E在伴星質(zhì)量-軌道周期圖上的位置。　中科院國家天文臺 供圖

《自然》期刊審稿人評價認為，“中國天眼”這項成果發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)，這一發(fā)現(xiàn)使得脈沖星雙星系統(tǒng)的軌道周期最短記錄縮短約30%，預示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。

中科院國家天文臺研究團隊介紹說，天文觀測此前已發(fā)現(xiàn)一些脈沖星處于雙星系統(tǒng)中，和其他恒星一起繞轉(zhuǎn)。按照已有的天體物理學模型：如果兩顆星的距離很近，脈沖星會吞掉身旁這顆恒星的物質(zhì)，并使自身越轉(zhuǎn)越快。因恒星初始質(zhì)量較大，隨著脈沖星蠶食恒星，兩顆星的距離越靠越近，相互繞轉(zhuǎn)速度也越來越快；隨著雙星系統(tǒng)演化，恒星被大量蠶食后質(zhì)量變小，脈沖星難以繼續(xù)吸積并把恒星推開，其相互繞轉(zhuǎn)的速度也就變慢。因為這種行為類似自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供養(yǎng)自身的行為，天文學家就以兩種蜘蛛的名字“紅背”與“黑寡婦”來命名此類天體，統(tǒng)稱為蜘蛛類脈沖星。

左：紅色箭頭指示M71E的位置，旁邊是球狀星團M71；右：來自FAST觀測數(shù)據(jù)的示意圖。　中科院國家天文臺 供圖

從“紅背”到“黑寡婦”脈沖星-恒星系統(tǒng)的演化過程可長達數(shù)億年。天文學界之前僅探測到分別處于“紅背”與“黑寡婦”狀態(tài)的系統(tǒng)，但并未發(fā)現(xiàn)這二者演化的中間狀態(tài)，原因是在此階段的脈沖星軌道周期非常短、兩個星的距離非常近，對觀測提出極大的挑戰(zhàn)，蜘蛛類脈沖星從“紅背”向“黑寡婦”系統(tǒng)的演化理論也因此尚未完全證實，一直備受學界關注。

在本項研究中，中科院國家天文臺研究團隊借助“中國天眼”的超高靈敏度和極強探測能力，研究證實了從“紅背”向“黑寡婦”系統(tǒng)的演化路徑，研究團隊使用“中國天眼”探測到M71E雙星系統(tǒng)，長期觀測后確定這一系統(tǒng)兩顆星繞轉(zhuǎn)一周的時間僅為53分鐘，自轉(zhuǎn)周期4.44毫秒，是目前已發(fā)現(xiàn)的軌道周期最短的蜘蛛脈沖星系統(tǒng)，并確定其處于“紅背”到“黑寡婦”系統(tǒng)演化過程的中間狀態(tài)，命名為“華美寇蛛”脈沖星，從而填補了蜘蛛脈沖星演化理論的缺失環(huán)節(jié)。

中科院國家天文臺研究團隊表示，“中國天眼”最新研究發(fā)現(xiàn)的目前所知軌道周期最短脈沖星雙星系統(tǒng)，其軌道面近乎朝向地球，極為罕見，期待后續(xù)進一步研究有更多發(fā)現(xiàn)。

據(jù)了解，“中國天眼”建成運行以來，已發(fā)現(xiàn)脈沖星超過780顆，是全球發(fā)現(xiàn)脈沖星最多的天文觀測大科學裝置。同時，基于“中國天眼”發(fā)現(xiàn)研究“出好成果、出大成果”的階段已經(jīng)開啟。 (記者 孫自法 張偉)