点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统

来源:光明网2020-03-27 17:52

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  经过将近两年的观测研究,中国科学院国家天文台研究人员使用“天眼”望远镜FAST,在武仙座球状星团中发现了一个脉冲双星系统,并通过脉冲星计时观测证认了这个双星系统由一颗脉冲星与一颗白矮星组成。

  这是FAST发现的第一个脉冲双星系统,也是FAST首次发布脉冲星计时观测研究结果。研究人员同时研究了这个球状星团中的其他5颗脉冲星。首次测量出其中3个脉冲双星的轨道椭率,并发现这个球状星团有点特殊。

  我们的天眼究竟看到啥好玩的东西了?让我们一点点来说说。

  球状星团

  所谓“星团”,就是恒星聚集成的小集体。星团可以分为两类:一类是少量的恒星组成比较松散的集体,叫“疏散星团”;

FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统

著名的昴星团是一个典型的疏散星团(图片来源:https://apod.nasa.gov/apod/ap161019.html)

  一类是大量恒星聚集在一个球状区域中组成的“球状星团”。

FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统

本文主角之一,著名的武仙座球状星团(图片来源:https://apod.nasa.gov/apod/ap120614.html)

  不要看着图片觉得这些星团很大,实际肉眼观看的话,这些星团在夜空中都显得很小。有多小呢?伸长你的手臂,竖起食指,这些星团在夜空中大多比你这一个指甲盖还小。

  球状星团有两个重要的特点,一个是恒星的密度很大。这点我们从上面的图片中也能直观地看出来。另一个是球状星团年龄比较大。这两个特点,导致了在球状星团中容易产生脉冲星,并且容易产生一些比较好玩的脉冲星。

  球状星团脉冲星

  球状星团里面的脉冲星,我们简单地称之为“球状星团脉冲星”。天文学家起名字就是这么的朴实无华。球状星团里那么多的恒星,发现几颗脉冲星不算啥大事。比如在球状星团Terzan 5中,科学家就已经发现了38颗脉冲星。

  按照脉冲星的命名规则,脉冲星是根据其在天空中的位置命名的。球状星团Terzan 5的坐标大概是赤经17时48分,赤纬-24度46分,那它里面的脉冲星就应该叫PSR J1748-2446。但是这球状星团的脉冲星太多了,总得区分一下。于是天文学家就约定,这球状星团里面发现的第一颗脉冲星叫PSR J1748-2446A,第二颗叫PSR J1748-2446B,第三颗叫PSR J1748-2446C……等26个字母用完了,就叫PSR J1748-2446aa,PSR J1748-2446ab,PSR J1748-2446ac……

  FAST此次发现的是武仙座球状星团(根据著名的梅西耶天体表,通常称其为M13)中第六颗脉冲星,所以它的名字就叫PSR J1641+3627F,或者M13F。M13F这颗脉冲星有两个比较特殊的地方:它是一颗毫秒脉冲星;它与一颗白矮星相互绕转,构成一个双星系统。而这两个特点,正是很大程度得益于球状星团独特的环境。

  球状星团中的“华尔兹”

  目前已知的156157颗球状星团脉冲星中,有超过9590%是毫秒脉冲,有近60%处于双星系统中。这个比例远远高于银盘中的脉冲星。球状星团能够孕育出如此之多的特殊脉冲星绝非偶然。球状星团中恒星密度比银盘上高几个数量级。如此致密的恒星环境更有利于恒星产生相互作用,甚至发生碰撞。毫秒脉冲星及双星系统的演化,犹如一曲优美的“华尔兹”,而球状星团脉冲星则为这曲华尔兹增添了更多华丽的舞步。

   当舞曲奏响那一刻,双星系统中长得胖的(主星)会先经历超新星爆发,抛出自身一部分物质。如果此时它的“舞伴”(伴星)比较瘦弱,就会被快速地踢出,同时双星系统瓦解。而胖星星留下部分会塌缩形成快速旋转的中子星。如果这颗中子星磁极发出的辐射刚好能扫过地球,那就是脉冲星。中子星磁极发出的辐射随自转不停地扫过地球,即为我们观测到的脉冲星。

FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统  

(图片来源:http://www.ligo.org/science/Publication-S6VSR24KnownPulsar/)

   如果伴星的“体重”足以抵御超新星爆发产生的冲击,就会留在之前的双星系统中与脉冲星继续这段华尔兹。这个正常的脉冲星会通过吸积伴星物质使自己自转加速从而变得越来越不正常,最终加速成一颗毫秒脉冲星。如果伴星质量较小,有可能最终演化成为一颗白矮星。这时我们的双星系统就变成像M13F这样的脉冲星—白矮星双星系统。如果伴星质量较大,也有可能发生超新星爆炸而留下一颗中子星。这次超新星爆炸可能导致两种结果:一种是两颗中子星各奔东西;另一种是两颗中子星继续这段华尔兹,成为一个双中子星系统。

FAST在球状星团中发现一个脉冲双星系统  

毫秒脉冲星及脉冲星相关双星系统演化示意图(原图来源:http://www.jb.man.ac.uk/distance/frontiers/pulsars/lorimer-review.pdf)

  在恒星密集的球状星团中,“单身的”脉冲星更容易找到舞伴。有了舞伴,脉冲星才能通过吸收伴星物质而加速。而对于正在跳双人华尔兹的双星们,球状星团为它们创造了更多交换“舞伴”的机会。 这一过程会使原有双星系统瓦解,或迎来一场脉冲星独舞表演,亦或形成新的双星华尔兹甚至多星圆圈舞。

  椭圆舞曲

  双星跳舞转圈圈的时候,转的是一个椭圆。天文学家们分析,如果双星在绕转过程中受到的其他恒星的干扰,会导致双星绕转的这个椭圆变得更“椭”一些。进一步分析我们可以知道,在银河系一般区域中,恒星密度比较低,这里的双星受到其他恒星干扰的概率比较小,绕转的椭圆就会比较圆;在球状星团中,恒星密度大,这里的双星受到其他恒星干扰的概率就大,绕转的椭圆会因为多次的干扰而变得更椭。不同的球状星团,其恒星密度不尽相同,如果我们前面的分析成立,那么是不是恒星密度大的球状星团,它里面双星绕转的轨道就会更椭;而恒星密度小的球状星团,它里面双星轨道就接近银河系其他地方的双星轨道会不会,比高密度球状星团脉冲星显得更圆呢?

  FAST的这个研究,首次测量出M13中4个脉冲双星系统(包括我们刚发现的这个)的轨道椭率,发现确实是跟接近于银河系其他地方的双星轨道椭率。也就是说,证明了天文学家此前的猜想是对的。

  未来可期

  FAST此次发现,以实实在在的结果证明了FAST不仅有能力寻找到未知的脉冲双星,还能做出比其他望远镜更好的观测,测量出更多别人测量不到的参数。

  未来我们还将继续利用FAST做更多的关于球状星团脉冲星的研究。我们最期待的结果之一,就是能在球状星团这一特殊环境中,发现更极端的双星系统,比如目前尚未发现的脉冲星—黑洞双星。如果能发现这样的双星系统,将为我们进一步研究广义相对论和超高密度条件下物态提供帮助。(王琳、喻业钊)

  作者简介:王琳, 中国科学院国家天文台天体物理专业在读博士研究生,博士课题为球状星团脉冲星;喻业钊,中国科学院国家天文台天文技术与方法专业博士。黔南民族师范学院天文学副教授。主要研究方向为射电脉冲星。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 探访京津中关村科技城新貌

  • 江苏泰州:溱湖冬捕年味浓

独家策划

推荐阅读
为揭示东亚古人类的技术智慧与演化脉络提供了关键证据。
2026-01-30 09:37
中国气象局29日发布《2025年中国风能太阳能资源年景公报》。公报显示:2025年,全国风能资源为正常年景,全国太阳能资源总体为偏小年景。
2026-01-30 03:30
想象一下手电筒的光:柔和而四散,照亮着前方。激光,就像一束训练有素的光——所有光粒子步调一致,朝着同一个方向前进,能量高度集中。这种特性让激光能完成普通光做不到的“精细活”,从超市扫码器到医院手术刀,从光纤通信到舞台灯光秀,背后都有它的身影。
2026-01-30 03:30
激光技术被誉为20世纪“四大科技发明”之一。聚焦真空紫外非线性光学晶体材料领域基础研究和关键核心技术,中国科学院新疆理化技术研究所(以下简称“新疆理化所”)潘世烈团队成功研制出氟化硼酸铵(ABF)晶体,首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出,创造了该领域世界最短输出波长纪录。相关成果于29日在国际学术期刊《自然》发表。
2026-01-30 03:30
开慧镇党委书记杨骏介绍,依托科技小院,全镇形成科技养殖示范点5处、示范户24户,带动村民增收1800余万元,并发展起梅花鹿、鹌鹑等特色养殖产业。在博乐市区西南方向四五公里处的荒漠化草原上,科技小院还开辟了200多亩的试验场,将这里作为科研攻关的第一线。
2026-01-30 09:17
科研人员将种子放入冷库储存。例如,千年种子库与中国西南野生生物种质资源库就通过人员交流、技术培训、资源备份、联合研究等,共同推进生物多样性保护。
2026-01-30 09:16
寒冬时节,云南省元江哈尼族彝族傣族自治县龙潭社区番荔枝种植基地里却热火朝天,一颗颗“冬日限定”的番荔枝被采摘、装箱,销往全国各地。
2026-01-30 09:14
“相对拥有百年历史的《科学》,《工程》才走过第一个十年。未来十年,我们要争取与世界顶级刊群比肩。”周济表示,这条路需要时间,以及学术评价观念、出版生态与国际化运营能力的协同推进。
2026-01-29 02:45
工业和信息化部28日公布,2025年,我国通信业实现平稳增长,产业结构持续优化,用户规模实现量质双升,5G、千兆等新型信息基础设施建设加快部署。
2026-01-29 02:55
中国科学院物理研究所近日发布《2025年度REBCO高温超导带材战略研究报告》(以下简称“报告”),这是国际上首份针对高温超导带材发展的系统性战略报告。
2026-01-29 02:55
2025年,山东省实现地区生产总值10.3万亿元,比上年增长5.5%。亮眼的成绩单,离不开创新动能持续发力。齐鲁大地上,科技创新和产业创新融合发展成果正在厚积薄发,新质生产力加速崛起,转型动能持续增强,高水平创新型省份建设的目标正在逐步实现,向着“十五五”征程稳步进发。
2026-01-29 02:45
近期,多家外国科技公司宣布计划将人工智能及数据中心送往太空,引发了科技界的热烈讨论。这一看似在科幻电影中才会发生的场景,已逐步从设想转变为现实。
2026-01-29 02:55
手机厂商将投入更多精力,通过形态变革、差异化外观设计、联名合作等,更好地满足用户的情绪价值需求,激发消费者购买欲望。
2026-01-29 09:02
截至2025年底,全国累计发电装机容量38.9亿千瓦,同比增长16.1%。2025年,风电光伏累计装机历史性超过火电,截至12月底已超出约3亿千瓦。
2026-01-29 09:01
1月27日上午,中国科学院大学星际航行学院揭牌仪式在中国科学院与“两弹一星”纪念馆举行,标志着该学院正式成立。从“东方红一号”划破天际到“祝融号”漫步火星,中国人的航天梦从未停止。
2026-01-28 02:45
2025年,我国区域科技创新布局更加优化,三大国际科技创新中心建设进入新阶段,区域科技创新中心建设取得新成效。
2026-01-28 02:45
打破产业间的壁垒,鼓励跨领域、跨行业的融合探索,推动资源要素的自由流动与高效配置,不仅能盘活存量资源、激发增量活力,更能催生具有引领性的新产业、新模式、新动能。
2026-01-28 02:45
合肥是儿童文学作家许诺晨的家乡。合肥科学岛,是她所拥有的一座得天独厚的科学和科幻题材的“硬核基地”,由她来写量子少年这个题材,可谓“近水楼台”。《量子女孩》(中国少年儿童新闻出版总社2025年12月出版)是她献给“量子新城”合肥的一部“家乡书”。
2026-01-28 02:55
北京火箭大街展示与运控中心作为商业航天测运控中心、商业航天公共服务平台的空间载体,将为企业提供卫星运控服务和交流推介平台。
2026-01-28 09:15
水稻耐不耐旱,和叶子的厚实程度相关,这是由什么因素决定的?日前,中国农业科学院作物科学研究所水稻分子设计技术与应用创新团队发现,水稻基因组中的三个耐旱基因可以“团队作战”,
2026-01-27 02:50
加载更多