中國天眼FAST“抓住”了“毒蜘蛛”。

2023年6月21日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表中國科學(xué)院國家天文臺姜鵬研究團(tuán)隊的一項重要成果。該團(tuán)隊利用中國天眼FAST發(fā)現(xiàn)了一個名為PSR J1953+1844（M71E）的雙星，其軌道周期僅為53分鐘，是目前發(fā)現(xiàn)軌道周期最短的脈沖星雙星系統(tǒng)。該發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了“蜘蛛類脈沖星”系統(tǒng)演化模型中缺失的一環(huán)。

(資料圖片)

據(jù)介紹，這篇論文是以“加速預(yù)覽”形式在線發(fā)表，意味著研究成果得到同行和雜志編輯部的高度評價。

對此，論文通訊作者之一、國家天文臺FAST運行和發(fā)展中心常務(wù)副主任姜鵬告訴《中國科學(xué)報》記者：“在我們大團(tuán)隊的合作下，論文稿件處理花了一年多時間，過程中也做了一些修改、迭代。審稿專家對科學(xué)內(nèi)容高度認(rèn)可，才會有這樣的快速接收過程。”

研究成果效果圖（國家天文臺供圖）

從“紅背”到“黑寡婦”

“紅背”和“黑寡婦”是世界上著名的兩種毒蜘蛛，天文學(xué)家用它們的名字來命名脈沖星。

脈沖星是一種旋轉(zhuǎn)的星體，因不斷地發(fā)出電磁脈沖信號而得名。天文觀測已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些脈沖星處于雙星系統(tǒng)中，和其它恒星一起繞轉(zhuǎn)。

論文共同第一作者、中國科學(xué)院國家天文臺副研究員潘之辰介紹，雙星系統(tǒng)中，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)，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)的速度也會變慢。

在天文學(xué)家看來，脈沖星的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。于是，他們將這類天體統(tǒng)稱為蜘蛛類脈沖星（spider pulsar），而被稱為“紅背”和“黑蜘蛛”的脈沖星則具有不同的質(zhì)量和軌道周期，演化過程可長達(dá)數(shù)億年。

此前，天文學(xué)家僅探測到分別處于“紅背”與“黑寡婦”狀態(tài)的系統(tǒng)，但從來沒有發(fā)現(xiàn)這二者演化的中間狀態(tài)。

“原因是處于這一階段的脈沖星軌道周期非常短、兩個星的距離非常近，這對觀測提出了極大的挑戰(zhàn)。”論文通訊作者之一、國家天文臺研究員韓金林表示。也就是說，蜘蛛類脈沖星從“紅背”向“黑寡婦”系統(tǒng)的演化理論尚未完全證實。

極強(qiáng)探測能力

在最新發(fā)表的論文中，中國天眼FAST的觀測結(jié)果證實了這一演化理論。

研究團(tuán)隊使用中國天眼FAST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，是目前已發(fā)現(xiàn)的繞轉(zhuǎn)速度最快蜘蛛脈沖星系統(tǒng)。這被確定為是處于“紅背”到“黑寡婦”系統(tǒng)演化過程的中間狀態(tài)，填補(bǔ)了蜘蛛脈沖星演化理論的缺失環(huán)節(jié)。

“我們將它命名為‘華美寇蛛’，這是一種在中國分布的蜘蛛，外形上和紅背、黑寡婦都有相似之處，又不盡相同。”潘之辰表示。

同時，研究人員看到，該雙星系統(tǒng)軌道面近乎朝向地球、極為罕見，期待進(jìn)一步研究有更多發(fā)現(xiàn)。

“這項研究完全依賴于中國天眼FAST的超高靈敏度和極強(qiáng)探測能力。”潘之辰說。

作為具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡，中國天眼FAST在脈沖星發(fā)現(xiàn)、快速射電暴、中性氫等研究領(lǐng)域已經(jīng)取得一批有重要科學(xué)價值的研究成果。這些研究成果形成的論文，有8篇在《自然》上發(fā)表，2篇在《科學(xué)》上發(fā)表。

姜鵬表示：“我們目光所及是星辰大海，但我們走過的每一步路都是腳踏實地。”

引起廣泛關(guān)注

這一研究成果是在多家國內(nèi)外單位、多位研究者的通力合作下完成。論文的共同第一作者包括潘之辰、國家天文臺助理研究員盧吉光和云南天文臺研究員陳海亮等，通訊作者包括姜鵬、韓金林和美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校教授張冰等學(xué)者。

合作者則來自貴州大學(xué)貴州射電天文臺、中國科學(xué)院云南天文臺、中國科學(xué)院上海天文臺、中國科學(xué)院國家授時中心、北京大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、德國馬克思普朗克研究所、美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校等多家國內(nèi)外單位。

這項研究在國內(nèi)外同行中引起廣泛關(guān)注。《自然》期刊審稿人評價，該成果為發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的脈沖星雙星系統(tǒng)；這個發(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(yù)示著蜘蛛類脈沖星演化中存在新的未知過程。

中國科學(xué)院云南天文臺研究員、中國科學(xué)院院士韓占文則寄語，這一發(fā)現(xiàn)不僅在天體物理學(xué)領(lǐng)域作出了重要貢獻(xiàn)，也進(jìn)一步擴(kuò)展了我們對宇宙的認(rèn)同。“我們?yōu)橹袊煅跢AST取得這一重要成果感到自豪，期待未來能夠又更多關(guān)于宇宙奧秘的發(fā)現(xiàn)。”他說。

論文相關(guān)信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06308-w

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