贵大新闻网讯（溪山融媒中心）6月21日，贵州大学/中国国家天文台姜鹏、中国国家天文台韩金林和美国内华达州大学张冰作为共同通讯作者在Nature 在线发表题为“A Binary Pulsar in a 53-minute Orbit”的研究论文。这是贵州大学作为主要合作单位在Nature上发表的第二篇论文。贵州大学公共大数据国家重点实验室李明辉也是本文的作者之一。

  研究团队利用中国天眼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（图1）。该发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。

  图1：左：红色箭头指示M71E的位置，旁边是球状星团M71；右：来自FAST观测数据的M71E的平均脉冲轮廓和偏振位置角。感谢爱好者高兴提供M71及附近星空的图片。

  天文观测已经发现一些脉冲星处于双星系统中，和其他恒星一起绕转。按照已有的天体物理学模型：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，并使自身越转越快。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就变慢。因为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，天文学家就以两种蜘蛛的名字红背（redback）与黑寡妇（black widow）来命名这此类天体，统称为蜘蛛类脉冲星（spider pulsar）。

  从“红背”（redback）到“黑寡妇”（black widow）脉冲星-恒星系统的演化过程可长达数亿年。此前天文学界仅探测到分别处于“红背”与“黑寡妇”状态的系统，但并未发现这二者演化的中间状态。原因是在此阶段的脉冲星轨道周期非常短、两个星的距离非常近，对观测提出了极大的挑战。因此蜘蛛类脉冲星从“红背”向“黑寡妇”系统的演化理论尚未完全证实。

  借助中国天眼FAST的超高灵敏度和极强探测能力，这一演化路径得到证实。研究团队使用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。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（图2）。同时，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。

  图2: M71E在伴星质量-轨道周期图上的位置。红色和蓝色的线均表示双星演化理论模拟的路径。M71E处于演化中间状态。

  《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纪录缩短约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在新的未知过程。

  文章的共同第一作者包括国家天文台潘之辰、卢吉光和云南天文台陈海亮；合作者来自贵州大学贵州射电天文台，云南天文台，上海天文台，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，美国内华达州大学等多家国内外单位。

  此项研究得到中国科学院“稳定支持基础研究领域青年团队”计划支持，得到国家自然科学基金杰出青年基金、面上项目、联合基金、青年基金，国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会等的资助。

【转载：贵州大学】

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