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【Telegram中文版】“星海捞针” 郭守敬望远镜发现一颗宁静态中子星【Telegram中文官网】

科技日报记者 陆成宽

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什么是中子星?它们在宇宙中以怎样的方式存在?如何发现中子星?这些科学谜团正在被天文学家慢慢揭开。

基于国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST)的时域巡天数据,我国天文学家发现了一颗距离地球大约1037光年、处于双星系统中的宁静态中子星。这颗中子星的质量约为太阳的1.2倍,其伴星是一颗类似太阳但比太阳更红更暗的恒星。相关研究成果9月23日在线发表于《自然·天文》杂志。

找到它们如同“大海捞针”

“这是继2019年认证一颗宁静状态的恒星级黑洞后,LAMOST黑洞猎手团队在探寻致密天体领域取得的又一项重要成果。”论文通讯作者、中科院国家天文台研究员刘继峰强调。

所谓中子星,是指8—25倍太阳质量的大质量恒星演化到生命末期,发生剧烈的超新星爆炸后,在中心形成的密度极高天体。它与白矮星、黑洞一起成为不同质量恒星的生命终章。

1967年,天文学家发现了第一颗脉冲星,经过几位天文学家一年的努力,最终证实这就是一颗正在快速自转的中子星。这一发现使中子星从一个理论猜想变成了一个可被实际观测的真实天体。

从此以后,天文学家开始利用各种不同的方法来搜寻发现中子星。

他们通过高速旋转的中子星产生的脉冲信号,来捕获中子星;或通过双星系统中致密天体吸积伴星的气体物质形成吸积盘,发出明亮的X射线,来找到中子星;还可以通过双中子星并合发出的引力波,来发现中子星。

然而,与宁静态黑洞一样,那些既探测不到脉冲信号又没有发出X射线的宁静态中子星,也是宇宙中难以发现的、深藏不露的神秘天体。在浩瀚的宇宙中搜寻这些宁静态的中子星或者黑洞,绝对是“大海捞针”。

“如何找到合适的方法发现这些宁静的中子星或黑洞,是天文学家研究致密天体家族及其物理性质的关键。”论文通讯作者、厦门大学顾为民教授说,而LAMOST是在漫天星海中“大海捞针”的利器,利用其大规模巡天优势和速度监测方法,有望发现一批深藏不露的黑洞和中子星。

开创发现宁静态致密天体新方法

在利用LAMOST时域巡天数据开展黑洞和中子星等致密天体搜寻计划时,研究人员发现了一个光谱不同于单星的特殊双星系统。

“该双星系统由一颗0.6倍太阳质量的红矮星和一颗未被望远镜探测到的不可见天体组成,这个不可见天体极可能是一个致密星。”论文第一作者伊团博士介绍。

接着,研究团队又利用美国帕洛玛天文台的5米海尔望远镜进行后随观测,并结合美国凌日系外行星巡天卫星(TESS)的高精度测光观测进行了进一步的分析和测定,从而确认该双星系统的致密天体是一颗质量约为太阳1.2倍的中子星。

借助欧洲航天局的盖亚望远镜(Gaia)数据进行测距后,研究人员发现这个双星系统距离地球非常近,和地球相距大约1037光年。

研究人员还发现,这颗身穿红色外衣的红矮星作为伴星每过6.6个小时就会和她的“王子”——中子星“共舞”一周,循环往复,从不间断。由于中子星的强大潮汐力作用,作为其伴星的红矮星被“瘦身”成了水滴状,像一颗闪耀的“红宝石”默契地围绕中子星身边。

更重要的是,该双星系统的中子星并没有在吸积红矮星上的物质,周围也没有吸积盘的存在,因此无法探测到明亮的X射线。研究团队利用“中国天眼”(FAST)对其进行了一个小时的射电观测,同样也没有观测到这颗中子星的脉冲信号。也就是说,这是一颗宁静态中子星。

“值得一提的是,LAMOST领先世界的光谱获取率和大规模巡天的绝对优势使得天文学家可以利用视向速度监测方法来发现宁静的黑洞、中子星等致密天体,打破了依赖于探测脉冲信号、X射线等来搜寻致密天体的观测限制。”刘继峰说,这种方法为发现处于双星系统中的宁静态致密天体开创了新途径。