我国学者与海外合作者在脉冲星双星系统演化研究方面获得进展

　　

图 M71E在伴星质量-轨道周期图上的位置。红色和蓝色的线均表示双星演化理论模拟的路径。M71E处于演化中间状态

　　在国家自然科学基金项目(批准号：12225303、11988101)等资助下，6月21日《自然》(Nature)发表了由国家天文台姜鹏和韩金林研究员以及内华达大学拉斯维加斯分校张冰等领导的团队共同主导完成的成果—— “53分钟轨道周期的脉冲星双星系统（A Binary Pular in a 53-minute Orbit）”。团队利用中国天眼（FAST）发现了已知轨道周期最短的脉冲双星，填补了蜘蛛类脉冲星系统演化中的缺失一环。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06308-w。国家天文台的潘之辰、卢吉光以及云南天文台陈海亮是本文的共同第一作者。

　　脉冲星是在1967年由英国女天文学家乔瑟琳·贝尔发现的一种天体。观测表明，一些脉冲星处于双星系统中。按照天文学家的预言，如果两颗星的距离很近，脉冲星会吞掉身旁这颗恒星的物质来使自身越转越快。演化过程中还伴随双星轨道周期的变化。这种行为像极了自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供养自身的行为，因此天文学家以两种蜘蛛的名字——红背(redback)与黑寡妇(black widow)——来命名处于这两种阶段的天体。它们统称为蜘蛛类脉冲星(spider pulsar)。

　　理论预言从红背到黑寡妇这一演化过程中存在一个中间状态。这一中间阶段脉冲星轨道周期非常短，两个星的距离很近，观测面临诸多挑战。然而蜘蛛脉冲星系统从红背向黑寡妇的演化理论尚未完全获得证实。研究团队使用FAST探测到并持续监测这一目前轨道周期最短的脉冲双星，根据洛希瓣大小和小质量恒星模型质量-半径关系，推测伴星质量为约0.07倍太阳质量。据此，M71E被认定是一个处于红背到黑寡妇系统演化过程的中间状态的脉冲双星(图)。

　　该发现填补了从红背蜘蛛到黑寡妇演化中间状态的缺失，完善了脉冲星双星系统吸积演化理论的证据链，对脉冲星星族理论具有重要意义。此外，该双星系统的轨道倾角只有不到10度，从概率学角度看这种系统的形成几率只有不到1.5%，这样的系统在观测中极为罕见，值得重视与进一步研究。该工作中对极致密轨道脉冲星双星系统进行了观测与测时，高精度的测时结果表现出FAST望远镜超高的灵敏度与工作人员精益求精的科学态度，证明研究团队具备强劲的科研潜力，有望在未来取得更多的科研成果。