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最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统

来源:光明网2020-04-22 14:06

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “红背蜘蛛”系统是一种特殊的脉冲双星系统。它有什么有趣的特征,能告诉我们什么呢?最近,中国科学院国家天文台的天文工作者使用FAST在球状星团M92中也发现了一个这样的系统。该研究工作被评为美国天文学会(AAS)2020年4月17日的研究亮点。本文将以此为例,介绍“红背蜘蛛”系统。

  脉冲星是宇宙中最精确的时钟。因为这个原因,脉冲星是天文学的重要研究对象之一。脉冲星是向地球发出周期信号的中子星,直径大约二十千米,质量和太阳差不多,非常致密,是大质量恒星死亡的产物,在银河系中主要分布在银道面上和球状星团(分布在银河系各处,及呈球状或椭球状的星团)中;在近邻的大小麦哲伦星系中也有发现。年轻的脉冲星具有较快的自转速度,比如蟹状星云中的脉冲星每秒钟会旋转约30圈。脉冲星通过旋转将自身动能转化成其它形式的能量,比如电磁波,向宇宙空间释放,并因此越转越慢,并在数千万年后由于自转太慢而不能发射电磁波。如果脉冲星存在物质吸积,如存在于双星系统中,伴星的物质可能就会受到脉冲星吸引而落向脉冲星。物质吸积同时给脉冲星带来了外界的能量,使得脉冲星自转速度的减慢率下降,甚至可以加速脉冲星的自转。毫秒脉冲星是自转周期30毫秒(也有定义为20毫秒)以下的脉冲星,就是物质吸积产生的。这样的外界能量注入可以使得脉冲星,尤其是毫秒脉冲星,能在甚至诞生百亿年后依然发射出电磁波并被探测到。

  FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统

图1: 中间是脉冲星,围绕脉冲星运动的是它的伴星,一个小质量恒星。,可以看到恒星物质受脉冲星影响正在脱离,随后被脉冲星吸积或者向宇宙空间布散。图片来源:NASA。https://svs.gsfc.nasa.gov/11215

  球状星团分布在银河系的银晕上,有着高达到百亿年的演化历史;这使得在其中找到的脉冲星绝大多数也都是非常年老的毫秒脉冲星。银河系有一百多个球状星团,这些球状星团的恒星密度、年龄等特征不尽相同,各个球状星团中发现的脉冲星数量也有很大差别。迄今,已经在30个球状星团中发现了157颗脉冲星。其中名为Terzan 5和47 Tuc (NGC104)的两个球状星团位列第一第二,分别有38颗和25颗脉冲星;而更普遍的情况是,每个球状星团中只找到了不超过5颗脉冲星。导致这种情况的原因,有观测时长和灵敏度的不同,但更为重要的可能是球状星团内禀性质有区别。

  在球状星团脉冲星中,有很多极端的例子。比如,人类发现的自转最快的脉冲星,自转周期1.39毫秒,是球状星团中发现的。球状星团脉冲星往往存在一个小质量的伴星;脉冲星和伴星构成双星系统,互相绕转。有的脉冲星双星系统的轨道周期特别短,例如脉冲星J0024-7204R,其轨道周期只有1.58小时。有些脉冲星双星系统的伴星质量非常小,不足太阳质量的百分之十。有的脉冲双星系统还存在掩食的现象。

  脉冲双星系统有多种类型,所谓“红背蜘蛛”系统(redback system),是一种特殊的脉冲双星系统。它的轨道周期往往短于1天,轨道偏心率非常接近0,伴星是一个只有太阳三分之一甚至更小质量的恒星。最重要的特征是,伴星物质正在被脉冲星吸积。这个系统的名字也是由这种吸积现象而来的。红背蜘蛛属于球蛛,身体是个大球,头是个小球。

 FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统 

图2. 红背蜘蛛(图片来源于网络)

  红背蜘蛛和用来命名另外一种脉冲星双星系统的黑寡妇蜘蛛(black widow)蜘蛛一样,都倾向于把自己的伴侣吃掉,就像这两种脉冲双星系统中,脉冲星正在把伴星物质吞噬掉一样。图1是表示这样演化的动画,图2是红背蜘蛛的图片。长达百亿年的演化使得球状星团脉冲星有着非常高的毫秒脉冲星比例,也意味着其中的双星比例也远高于我们在银河系银盘上发现的脉冲星。这些球状星团的脉冲双星系统中就有超过10个“红背蜘蛛”系统。球状星团中“红背蜘蛛”系统中的伴星往往已经演化成为了亚巨星,且处于轨道周期较短的双星系统中,因此在真实的观测数据中可以看到由于伴星物质被脉冲星吸积而产生的各种现象,包括脉冲到达时间延迟,脉冲星信号长达轨道周期40%甚至更长的掩食,甚至在一个轨道周期中出现不止一次的掩食。这样的物质吸积,会使得脉冲星的自转被很快加速,如上文提到的自转最快的脉冲星,也是“红背蜘蛛”系统。

  我国自主设计建造的500米口径球面射电望远镜(FAST)是目前世界上灵敏度最高的单口径射电望远镜。自2016年落成以来,FAST一直在进行调试,并在2020年1月完成了国家验收,开始开放运行。

  在调试过程中,FAST团队对一些球状星团进行了脉冲星观测,尝试搜寻其中的脉冲星。我们在2017年10月9日的数据中发现了一颗毫秒脉冲双星,称为M92A(或PSR J1717+4308A);图3展示了我们发现这个脉冲星时看到的脉冲星信号的样子。在接下来几年中,后随的计时观测(timing)也完成了。这是FAST最早发现的球状星团中的脉冲星之一,也是球状星团M92中的首个脉冲星发现。在后续的观测中,我们有着更多的发现,并且直到现在一直在对其密切监测。

FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统  

图3,M92A发现时的图片。

  其中左上角的波形表示的是脉冲星的信号形状,左下的灰度图显示了在观测的1800秒内都能观测到M92A的信号。中间的灰度图和下方的波形表现了信号的色散特征,是判断信号是否可能是脉冲星的重要依据。右侧表示了信号周期的变化情况。

  观测表明,M92A自转周期为3.16毫秒,色散量(等价于以单位面积为底,源到地球距离为高的一个长方体中的电子数量)为 35.45 pc cm-3处于一个典型的“红背蜘蛛”系统中。M92A双星系统的轨道非常接近圆形,轨道周期约0.2天,轨道半径大约12万千米,伴星质量大约是0.18倍太阳质量,处于主序星向巨星演化阶段。观测数据中看到了长达轨道周期40%的掩食,并且偶尔在掩食开始前或者结束后的约1000秒时间内还会发生第二次掩食。较短的轨道周期和轨道半径及掩食特征表明,伴星物质正在被脉冲星吸积。图4作为示意图展示了这样一种“红背蜘蛛”系统。

 FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统 

图4,蓝色的是脉冲星,红色的是一个小质量恒星。可以看到恒星的物质被脉冲星吸积。而在双星轨道运动过程中,存在恒星遮挡脉冲星的情况,即有掩食发生。图片来源:NASA。https://svs.gsfc.nasa.gov/10625

  这一研究使得我们可以通过脉冲星来研究球状星团M92的演化,也为“红背蜘蛛”系统增加了新的样本。目前,这个脉冲星双星系统仍然有一些问题有待探索,例如,物质吸积速率是多少?这样的吸积是什么时候开始的?还能持续多久?这些问题的解答将为我们带来关于M92A演化的更多细节和故事。

  不久的将来,随着基于FAST的观测和巡天的深入展开,我们很可能发现更多如“红背蜘蛛”系统这样的特殊的脉冲星和脉冲双星。

  论文链接:

  https://aasnova.org/2020/04/17/pulsar-discovery-from-an-enormous-telescope/

  参考文献

  [1] Pan et al. 2020, arXiv:2002.10337

  作者简介

  钱磊,中国科学院国家天文台副研究员。主要研究方向为射电天文,撰写过多篇科普文章;潘之辰,中国科学院国家天文台助理研究员。主要研究方向为脉冲星搜索和恒星形成。

[ 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

  • 天津“117项目”进入塔冠施工阶段

  • “未来之城”科技点亮智慧生活

独家策划

推荐阅读
截至目前,河南5300万亩高标准农田配套了数字设施,无人机飞防作业面积突破4000万亩次,AI预判让春管从“盲目应对”转向“精准发力”。在陇原大地甘肃,AI预判延伸至春耕全链条,从良种布局到苗期管护已实现全程可控。
2026-03-30 09:38
3月27日,在北京国际科幻与未来产业博览会上,他山公司的人形机器人在展示原子动作数据采集平台精细操作场景。
2026-03-30 09:35
29日,中国科学技术发展战略研究院在2026中关村论坛年会上发布《国家创新指数报告2025》,从创新资源、知识创造、企业创新、创新绩效、创新治理5个方面构建指标体系,对世界60个国家创新能力开展评价。
2026-03-30 09:32
从供给侧层面来看,主产区作物长势稳健,设施化种植规模持续扩大,春菜上市更早、供给周期更长,市场有效供给能力稳步提升。
2026-03-30 09:31
正值插秧季节,往年这时候,田里到处都“插”满了人。现在,记者在云南红河州元阳县马街乡三合寨村看到:插秧的人不见了,山脚的大块田里,“大铁牛”(插秧机)“突突突”;而在山顶的小块田里,“小铁牛”往来穿梭。正在指导春耕生产的县农机管理站站长黄冲向记者介绍:“云南的耕地,多以山地为主。
2026-03-30 09:30
实际上本轮废旧手机回收价格上涨并非全品类普涨,不同品牌、型号、配置的废旧手机,涨幅存在显著差异。
2026-03-27 10:14
在博鳌亚洲论坛2026年年会上,一位特殊的嘉宾吸引了大家的目光——博鳌亚洲论坛史上首位数字人嘉宾ViviDora正式亮相。3月25日在博鳌亚洲论坛“人形机器人的进阶与飞跃”分论坛上拍摄的机器人。
2026-03-27 09:25
这些年,中国科技产出持续攀升——高被引论文数全球占比超30%,专利授权量连年位居世界第一。在技术经理人的“撮合”下,马鹏程团队成功在新疆、陕西、宁夏、内蒙古等地的煤化工企业完成前期中试。
2026-03-27 09:23
时间回到10年前,2016年11月15日凌晨3点,中国科学院青年创新促进会学术年会的酒店房间里,武延军与计算所研究员包云岗靠在各自的床头,越聊越兴奋。编译工具链、操作系统内核及关键基础组件等基础软件的适配,是指令集架构的生态底座,它们是所有硬件和应用软件绕不开的“基础设施”。
2026-03-27 09:35
3月26日,在中关村论坛年会—RISC-V生态科技论坛上,中国科学院正式公布在RISC-V关键技术突破、产业协同创新及人才培养领域的系列重要成果,集中发布“香山”开源处理器与“如意”原生操作系统两大重要成果,并正式启动下一代芯片与操作系统的联合研发工作。
2026-03-27 09:33
粤港澳大湾区核心枢纽工程狮子洋通道关键控制性工程——狮子洋大桥实现东、西主塔封顶,转入上部结构施工阶段。
2026-03-27 09:29
26日发布的《自然》增刊《2026自然指数—中国》显示,我国在自然指数中继续居于首位。与两年前发布的上一次《自然指数—中国》增刊(数据区间为2022年8月至2023年7月)相比,多个中国机构的全球排名显著提升。
2026-03-27 09:27
26日6时51分,我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭,成功将四维高景二号05、06星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-03-27 09:25
全国科学技术名词审定委员会25日发布《关于发布试用人工智能领域名词token中文名“词元”的公告》,决定在综合考量社会各界意见建议的基础上,优先推荐“词元”作为人工智能领域名词token的中文名,并面向全社会发布试用。
2026-03-26 09:23
木卫二是一颗冰封的木星卫星,也是太阳系内最有希望孕育地外生命的地方。“欧罗巴快船”团队认为,他们将发现适宜生命生存的海洋,但除非探测器真正抵达、展开探测,没有人能给出确切的答案。
2026-03-26 09:24
作者:陆俊杰(南通大学副校长,江苏省习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心特约研究员)  在促进创新链产业链资金链人才链深度融合、推动科技成果高效转化应用上探索新途径,是“十五五”时期江苏经济社会发展的重要目标任务。深耕“双高协同”不仅是破解科研创新与产业需求脱节的关键举措,更是落实创新驱动发展战略的重要布局。
2026-03-26 09:24
记者从中国发明协会获悉:在瑞士日内瓦举行的第五十一届日内瓦国际发明展上,中国代表团共获得90项金奖、95项银奖和52项铜奖。
2026-03-26 09:30
工业和信息化部25日公布,今年前2个月,我国通信业运行平稳,电信业务总量保持增长,5G、千兆光网、物联网等网络基础设施建设有序推进。截至2月末,5G基站总数达490.9万个,比上年末净增7万个,占移动基站总数的38%。
2026-03-26 09:24
3月25日,国家自然科学基金委员会在2026中关村论坛年会开幕式上发布2025年度“中国科学十大进展”,10项重大基础研究突破入选。界面调控新方法创制面向空天应用的高性能柔性叠层太阳能电池示意图 国家自然科学基金委员会供图 
2026-03-26 09:22
3月25日,以“创新与发展”为永久主题,由科技部、国家发展改革委、工业和信息化部、国务院国资委、中国科学院、中国工程院、中国科协和北京市政府共同主办的2026中关村论坛年会在北京拉开帷幕。
2026-03-26 09:21
加载更多