FAST新发现！轨道周期最短脉冲星现身

 

中国天眼FAST“抓住”了“毒蜘蛛”。

2023年6月21日，国际学术期刊《自然》在线发表中国科学院国家天文台姜鹏研究团队的一项重要成果。该团队利用中国天眼FAST发现了一个名为PSR J1953+1844（M71E）的双星，其轨道周期仅为53分钟，是目前发现轨道周期最短的脉冲星双星系统。该发现填补了“蜘蛛类脉冲星”系统演化模型中缺失的一环。

据介绍，这篇论文是以“加速预览”形式在线发表，意味着研究成果得到同行和杂志编辑部的高度评价。

对此，论文通讯作者之一、国家天文台FAST运行和发展中心常务副主任姜鹏告诉《中国科学报》记者：“在我们大团队的合作下，论文稿件处理花了一年多时间，过程中也做了一些修改、迭代。审稿专家对科学内容高度认可，才会有这样的快速接收过程。”

研究成果效果图（国家天文台供图）

 

从“红背”到“黑寡妇”

“红背”和“黑寡妇”是世界上著名的两种毒蜘蛛，天文学家用它们的名字来命名脉冲星。

脉冲星是一种旋转的星体，因不断地发出电磁脉冲信号而得名。天文观测已经发现一些脉冲星处于双星系统中，和其它恒星一起绕转。

论文共同第一作者、中国科学院国家天文台副研究员潘之辰介绍，双星系统中，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，使自身越转越快。因恒星初始质量较大，随着脉冲星“蚕食”恒星，两颗星的距离越靠越近，相互绕转速度也越来越快。随着双星系统演化，恒星被大量蚕食后质量变小，脉冲星难以继续吸积并把恒星推开，其相互绕转的速度也会变慢。

在天文学家看来，脉冲星的这种行为类似自然界中雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供养自身的行为。于是，他们将这类天体统称为蜘蛛类脉冲星（spider pulsar），而被称为“红背”和“黑蜘蛛”的脉冲星则具有不同的质量和轨道周期，演化过程可长达数亿年。

此前，天文学家仅探测到分别处于“红背”与“黑寡妇”状态的系统，但从来没有发现这二者演化的中间状态。

“原因是处于这一阶段的脉冲星轨道周期非常短、两个星的距离非常近，这对观测提出了极大的挑战。”论文通讯作者之一、国家天文台研究员韩金林表示。也就是说，蜘蛛类脉冲星从“红背”向“黑寡妇”系统的演化理论尚未完全证实。

极强探测能力

在最新发表的论文中，中国天眼FAST的观测结果证实了这一演化理论。

研究团队使用中国天眼FAST探测到M71E双星系统，长期观测后确定这一系统两颗星绕转一周的时间仅为53分钟，是目前已发现的绕转速度最快蜘蛛脉冲星系统。这被确定为是处于“红背”到“黑寡妇”系统演化过程的中间状态，填补了蜘蛛脉冲星演化理论的缺失环节。

“我们将它命名为‘华美寇蛛’，这是一种在中国分布的蜘蛛，外形上和红背、黑寡妇都有相似之处，又不尽相同。”潘之辰表示。

同时，研究人员看到，该双星系统轨道面近乎朝向地球、极为罕见，期待进一步研究有更多发现。

“这项研究完全依赖于中国天眼FAST的超高灵敏度和极强探测能力。”潘之辰说。

作为具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜，中国天眼FAST在脉冲星发现、快速射电暴、中性氢等研究领域已经取得一批有重要科学价值的研究成果。这些研究成果形成的论文，有8篇在《自然》上发表，2篇在《科学》上发表。

姜鹏表示：“我们目光所及是星辰大海，但我们走过的每一步路都是脚踏实地。”

引起广泛关注

这一研究成果是在多家国内外单位、多位研究者的通力合作下完成。论文的共同第一作者包括潘之辰、国家天文台助理研究员卢吉光和云南天文台研究员陈海亮等，通讯作者包括姜鹏、韩金林和美国内华达大学拉斯维加斯分校教授张冰等学者。

合作者则来自贵州大学贵州射电天文台、中国科学院云南天文台、中国科学院上海天文台、中国科学院国家授时中心、北京大学、中国科学院大学、德国马克思普朗克研究所、美国内华达大学拉斯维加斯分校等多家国内外单位。

这项研究在国内外同行中引起广泛关注。《自然》期刊审稿人评价，该成果为发现了一个非常有趣的脉冲星双星系统；这个发现使得脉冲星双星系统的轨道周期最短记录缩短约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在新的未知过程。

中国科学院云南天文台研究员、中国科学院院士韩占文则寄语，这一发现不仅在天体物理学领域作出了重要贡献，也进一步扩展了我们对宇宙的认同。“我们为中国天眼FAST取得这一重要成果感到自豪，期待未来能够又更多关于宇宙奥秘的发现。”他说。

论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06308-w