科学家们发现罕见的掩食脉冲星

近日，中国科学院国家天文台研究员韩金林带领的团队利用“中国天眼”FAST发现了一颗罕见的毫秒脉冲星，其中六分之一被伴星遮挡(即掩食)，伴星质量远超一般掩食脉冲星。这一发现对于研究恒星进化理论、密集星吸积物理和双星并用引力波源具有重要意义。

天文学家对单颗恒星如何进化有着相对清晰的认识。在浩瀚的银河系中，大多数恒星成对出现，并以双星系统的形式进化。在过去的几十年里，如何交互和进化双星系统一直是天文学领域的前沿问题。

恒星进化理论认为，质量越大，恒星进化越快。在双星系统中，质量较大的恒星通常会率先进化，最终坍塌成密度极高的致密星，如中子星或黑洞。在这个阶段，质量较小的伴星应该继续进化。但是这个伴星在进化的时候，物质会被致密星吸收，伴星会因为质量流失而膨胀，甚至膨胀到将致密星“带入怀中”，在公共氢包层中进化1000年左右。

在这个过程中，引力强的致密星贪婪地吸收伴星的物质，使其自转加速。同时，在致密星和伴星相互转动的过程中，所有的公共氢包层都被吹走，留下伴星中心燃烧的核心。此时伴星主要依靠燃烧的氦发光，温度为数万度。

几千年后，经历了这个过程的双星最终留下了一颗致密的星星和一颗高温氦星，在非常紧密的轨道上相互转动。然而，这种特殊的双星系统在宇宙中只存活了大约1000万年。对于138亿年的宇宙来说，它就像夜空中稍纵即逝的流星。

通过模拟分析，该团队发现银河系中只有数十个数千亿颗恒星。它们极其罕见，难以观察。因此，天文学家推断双星系统公共包层进化理论长期缺乏直接观察证据的支持。

2020年5月，韩金林团队利用FAST对银河系进行深度脉冲星搜索，发现毫秒脉冲星PSR，自转周期为10.55毫秒。 J1928 + 1815。2020年11月，经过几次FAST观察，团队确认其处于半径只有50万公里的致密轨道，相互绕行的轨道周期仅为3.6小时。当它与伴星相互转动时，大约六分之一的时间被伴星遮挡。团队推测，这个伴星的质量至少有一个太阳那么重，远远超过了一般遮食脉冲星的伴星，但是狭窄的轨道根本容不下一个太阳这样的恒星。根据各种限制，团队推断这颗伴星不是普通恒星，也不是进化后的致密伴星，而是通过公共包层遮挡同星。

这种罕见天体的发现可以给天文学研究带来很多突破。首先，对于探索多年的恒星进化理论来说，这个双星系统是双星公共包层进化阶段后密集轨道的特殊双星。这一发现有助于完善和深化科学家对双星进化的具体过程的理解，如两颗星如何靠近导致轨道收缩，如何在两颗星之间进行物质交流，如何将中子星的自转速度加快到几毫秒，如何将公共氢元素包层吹散成密集的星星等。其次，这颗中子星应该在短时间内吸收大量新的自我发展波，使密集星在公共包层中。

五月二十三日，相关研究成果在线发表在《科学》(Science)事实上。《科学》的审稿人认为，这是一个独特而密集的双星系统，具有很高的科学价值。有望引导出许多有趣的研究项目，如恒星进化、引力波源预测、双星和恒星进化过程、深度光学/红外氦星观测等。，这使我们对双星进化中的公共包层阶段有了更深入的了解。

研究工作得到了国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院的支持。该工作由国家天文台、青岛理工大学、南京大学、中国科学院云南天文台、中山大学、广州大学、中国科学院新疆天文台、北京大学、西南大学共同完成。