什么是中子星?它們在宇宙中以怎樣的方式存在?如何發(fā)現(xiàn)中子星?這些科學(xué)謎團(tuán)正在被天文學(xué)家慢慢揭開。

基于國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)的時(shí)域巡天數(shù)據(jù)，我國天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆距離地球大約1037光年、處于雙星系統(tǒng)中的寧靜態(tài)中子星。這顆中子星的質(zhì)量約為太陽的1.2倍，其伴星是一顆類似太陽但比太陽更紅更暗的恒星。相關(guān)研究成果9月23日在線發(fā)表于《自然·天文》雜志。

找到它們?nèi)缤?ldquo;大海撈針”

“這是繼2019年認(rèn)證一顆寧靜狀態(tài)的恒星級(jí)黑洞后，LAMOST黑洞獵手團(tuán)隊(duì)在探尋致密天體領(lǐng)域取得的又一項(xiàng)重要成果。”論文通訊作者、中科院國家天文臺(tái)研究員劉繼峰強(qiáng)調(diào)。

所謂中子星，是指8—25倍太陽質(zhì)量的大質(zhì)量恒星演化到生命末期，發(fā)生劇烈的超新星爆炸后，在中心形成的密度極高天體。它與白矮星、黑洞一起成為不同質(zhì)量恒星的生命終章。

1967年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第一顆脈沖星，經(jīng)過幾位天文學(xué)家一年的努力，最終證實(shí)這就是一顆正在快速自轉(zhuǎn)的中子星。這一發(fā)現(xiàn)使中子星從一個(gè)理論猜想變成了一個(gè)可被實(shí)際觀測的真實(shí)天體。

從此以后，天文學(xué)家開始利用各種不同的方法來搜尋發(fā)現(xiàn)中子星。

他們通過高速旋轉(zhuǎn)的中子星產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，來捕獲中子星;或通過雙星系統(tǒng)中致密天體吸積伴星的氣體物質(zhì)形成吸積盤，發(fā)出明亮的X射線，來找到中子星;還可以通過雙中子星并合發(fā)出的引力波，來發(fā)現(xiàn)中子星。

然而，與寧靜態(tài)黑洞一樣，那些既探測不到脈沖信號(hào)又沒有發(fā)出X射線的寧靜態(tài)中子星，也是宇宙中難以發(fā)現(xiàn)的、深藏不露的神秘天體。在浩瀚的宇宙中搜尋這些寧靜態(tài)的中子星或者黑洞，絕對是“大海撈針”。

“如何找到合適的方法發(fā)現(xiàn)這些寧靜的中子星或黑洞，是天文學(xué)家研究致密天體家族及其物理性質(zhì)的關(guān)鍵。”論文通訊作者、廈門大學(xué)顧為民教授說，而LAMOST是在漫天星海中“大海撈針”的利器，利用其大規(guī)模巡天優(yōu)勢和速度監(jiān)測方法，有望發(fā)現(xiàn)一批深藏不露的黑洞和中子星。

打破搜尋致密天體的觀測限制

在利用LAMOST時(shí)域巡天數(shù)據(jù)開展黑洞和中子星等致密天體搜尋計(jì)劃時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)光譜不同于單星的特殊雙星系統(tǒng)。

“該雙星系統(tǒng)由一顆0.6倍太陽質(zhì)量的紅矮星和一顆未被望遠(yuǎn)鏡探測到的不可見天體組成，這個(gè)不可見天體極可能是一個(gè)致密星。”論文第一作者伊團(tuán)博士介紹。

接著，研究團(tuán)隊(duì)又利用美國帕洛瑪天文臺(tái)的5米海爾望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后隨觀測，并結(jié)合美國凌日系外行星巡天衛(wèi)星(TESS)的高精度測光觀測進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和測定，從而確認(rèn)該雙星系統(tǒng)的致密天體是一顆質(zhì)量約為太陽1.2倍的中子星。

借助歐洲航天局的蓋亞望遠(yuǎn)鏡(Gaia)數(shù)據(jù)進(jìn)行測距后，研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)雙星系統(tǒng)距離地球非常近，和地球相距大約1037光年。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這顆身穿紅色外衣的紅矮星作為伴星每過6.6個(gè)小時(shí)就會(huì)和她的“王子”——中子星“共舞”一周，循環(huán)往復(fù)，從不間斷。由于中子星的強(qiáng)大潮汐力作用，作為其伴星的紅矮星被“瘦身”成了水滴狀，像一顆閃耀的“紅寶石”默契地圍繞中子星身邊。

更重要的是，該雙星系統(tǒng)的中子星并沒有在吸積紅矮星上的物質(zhì)，周圍也沒有吸積盤的存在，因此無法探測到明亮的X射線。研究團(tuán)隊(duì)利用“中國天眼”(FAST)對其進(jìn)行了一個(gè)小時(shí)的射電觀測，同樣也沒有觀測到這顆中子星的脈沖信號(hào)。也就是說，這是一顆寧靜態(tài)中子星。

“值得一提的是，LAMOST領(lǐng)先世界的光譜獲取率和大規(guī)模巡天的絕對優(yōu)勢使得天文學(xué)家可以利用視向速度監(jiān)測方法來發(fā)現(xiàn)寧靜的黑洞、中子星等致密天體，打破了依賴于探測脈沖信號(hào)、X射線等來搜尋致密天體的觀測限制。”劉繼峰說，這種方法為發(fā)現(xiàn)處于雙星系統(tǒng)中的寧靜態(tài)致密天體開創(chuàng)了新途徑。

關(guān)鍵詞： 我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆寧靜態(tài)中子星 雙星系統(tǒng) 歐洲航天局 探測脈沖信號(hào)