記者獲悉，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員韓金林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用中國(guó)天眼FAST發(fā)現(xiàn)了一個(gè)罕見(jiàn)的毫秒脈沖星，與伴星以3.6小時(shí)的周期相互繞轉(zhuǎn)，且有六分之一的時(shí)間被伴星遮擋（即掩食，猶如日食或月食）。北京時(shí)間5月23日，相關(guān)成果在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

特殊雙星系統(tǒng)在公共包層中演化，銀河系中僅有幾十個(gè)

天文學(xué)家對(duì)于單個(gè)恒星如何演化已有相對(duì)清晰的認(rèn)識(shí)。但在浩瀚的銀河系中，大約75%的恒星都是成對(duì)出現(xiàn)，以雙星系統(tǒng)的形式共同演化，過(guò)去幾十年里，雙星系統(tǒng)如何交互和演化一直是天文學(xué)領(lǐng)域的前沿難題。

據(jù)韓金林介紹，恒星演化理論認(rèn)為，質(zhì)量越大的恒星演化速度越快。在雙星系統(tǒng)中，較大質(zhì)量的恒星一般會(huì)率先演化，最后塌縮成密度極高的致密星，比如黑洞、中子星或白矮星。在這個(gè)階段，較小質(zhì)量的伴星應(yīng)該會(huì)繼續(xù)演化。但這顆伴星在演化時(shí)，物質(zhì)會(huì)被致密星吸積，產(chǎn)生X射線輻射。

伴星會(huì)因?yàn)橘|(zhì)量流失而體積膨脹，比如五六個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星會(huì)膨脹成紅巨星，甚至膨脹到把致密星攬入懷中，一起在公共的氫元素包層中演化約一千年。他說(shuō)，如果是黑洞這種大質(zhì)量的致密星，它會(huì)“吃掉”伴星，不給其分離的機(jī)會(huì)。

還有一種情況，致密星與伴星會(huì)相互抗衡，在“相互拉扯”中，把公共的氫包層全部吹散，留下伴星中心燃燒的內(nèi)核。這時(shí)的伴星主要靠燃燒的氦元素發(fā)光，溫度有幾萬(wàn)度。千年之后，經(jīng)歷這一過(guò)程的雙星最終留下快速自轉(zhuǎn)的致密星與高溫氦星，在非常緊密的軌道上相互繞轉(zhuǎn)。然而，這類(lèi)特殊的“致密星+氦星”雙星系統(tǒng)在宇宙中存活時(shí)間僅約一千萬(wàn)年，對(duì)于138億年的宇宙而言，如同夜空中稍縱即逝的流星。

根據(jù)該團(tuán)隊(duì)中南京大學(xué)教授邵勇所做的模擬分析，銀河系千億顆恒星中，這樣的系統(tǒng)在銀河系中僅有幾十個(gè)。因此，它們極為罕見(jiàn)，且難以觀測(cè)。

“中國(guó)天眼”再立功，發(fā)現(xiàn)“脈沖星+氦星”雙星罕見(jiàn)天體

中國(guó)天眼FAST的靈敏度極高，是發(fā)現(xiàn)脈沖星（即旋轉(zhuǎn)的中子星，不斷發(fā)出電磁脈沖信號(hào)）的利器，對(duì)觀察處于極短周期軌道上的脈沖星更為敏銳。

2020年5月，韓金林團(tuán)隊(duì)利用FAST對(duì)銀河系進(jìn)行脈沖星深度搜索時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一顆自轉(zhuǎn)周期為10.55毫秒的毫秒脈沖星PSR J1928+1815。2020年11月，利用FAST進(jìn)行了幾次后隨觀測(cè)后，證實(shí)它處于一個(gè)半徑50萬(wàn)公里的致密軌道，相互繞轉(zhuǎn)的軌道周期僅為3.6小時(shí)。它與伴星相互繞轉(zhuǎn)時(shí)，有大約六分之一的時(shí)間被伴星遮擋。

據(jù)推測(cè)，這個(gè)伴星的質(zhì)量至少有一個(gè)太陽(yáng)那么重，遠(yuǎn)超出一般掩食脈沖星的伴星，但狹小的軌道根本容不下一個(gè)像太陽(yáng)這樣的恒星。根據(jù)多方面的限制推斷，這個(gè)伴星不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而應(yīng)該是經(jīng)歷過(guò)公共包層演化的氦星。脈沖星信號(hào)掩食是氦星甩出的星風(fēng)物質(zhì)遮擋引起的。

這一罕見(jiàn)天體的發(fā)現(xiàn)可以為天文學(xué)研究帶來(lái)多方面的突破。

對(duì)于探索多年的恒星演化理論而言，這個(gè)雙星系統(tǒng)就是雙星公共包層演化階段之后、處于致密軌道的特殊雙星。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)有助于完善和深化科研人員對(duì)雙星演化具體過(guò)程的理解，比如兩顆星如何靠近導(dǎo)致軌道收縮、兩顆星之間如何進(jìn)行物質(zhì)交流、公共氫元素包層如何被致密星吹散等。

另外，這個(gè)中子星在公共包層里應(yīng)該在很短時(shí)間里吸積了大量物質(zhì)，使脈沖星自轉(zhuǎn)加快。如何吸積？如何散熱？新發(fā)現(xiàn)的致密雙星可能是中微子散熱機(jī)制理論的一個(gè)重要例證。

該論文審稿人之一、美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)的脈沖星雙星研究專(zhuān)家Scott Ransom表示，這是一個(gè)獨(dú)特的致密雙星系統(tǒng)，具有極高的科學(xué)價(jià)值，有望在多個(gè)不同領(lǐng)域——如恒星群體演化、引力波源預(yù)測(cè)、雙星和恒星演化過(guò)程等方面引導(dǎo)出很多有趣的研究課題，使得我們對(duì)雙星演化中公共包層階段這一目前仍知之甚少的領(lǐng)域有更深入的認(rèn)識(shí)。

新京報(bào)記者 張璐

編輯 白爽 校對(duì) 張彥君