“星海撈針”開(kāi)創(chuàng)尋找天體新方法

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郭守敬望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)一顆寧?kù)o態(tài)中子星

什么是中子星？它們?cè)谟钪嬷幸栽鯓拥姆绞酱嬖?？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(kāi)。

基于國(guó)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(guó)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?kù)o態(tài)中子星。這顆中子星的質(zhì)量約為太陽(yáng)的1.2倍，其伴星是一顆類(lèi)似太陽(yáng)但比太陽(yáng)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。

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“這是繼2019年認(rèn)證一顆寧?kù)o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?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、中科院國(guó)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(yáng)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(guò)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(cè)的真實(shí)天體。

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

他們通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的中子星產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，來(lái)捕獲中子星；或通過(guò)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(pán)，發(fā)出明亮的X射線，來(lái)找到中子星；還可以通過(guò)雙中子星并合發(fā)出的引力波，來(lái)發(fā)現(xiàn)中子星。

然而，與寧?kù)o態(tài)黑洞一樣，那些既探測(cè)不到脈沖信號(hào)又沒(méi)有發(fā)出X射線的寧?kù)o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?kù)o態(tài)的中子星或者黑洞，絕對(duì)是“大海撈針”。

“如何找到合適的方法發(fā)現(xiàn)這些寧?kù)o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?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、廈門(mén)大學(xué)顧為民教授說(shuō)，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(shì)和速度監(jiān)測(cè)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(cè)限制

在利用LAMOST時(shí)域巡天數(shù)據(jù)開(kāi)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(yáng)質(zhì)量的紅矮星和一顆未被望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的不可見(jiàn)天體組成，這個(gè)不可見(jiàn)天體極可能是一個(gè)致密星?！闭撐牡谝蛔髡咭翀F(tuán)博士介紹。

接著，研究團(tuán)隊(duì)又利用美國(guó)帕洛瑪天文臺(tái)的5米海爾望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后隨觀測(cè)，并結(jié)合美國(guó)凌日系外行星巡天衛(wèi)星(TESS)的高精度測(cè)光觀測(cè)進(jìn)行了進(jìn)一步的分析和測(cè)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(yáng)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(cè)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(guò)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(méi)有在吸積紅矮星上的物質(zhì)，周?chē)矝](méi)有吸積盤(pán)的存在，因此無(wú)法探測(cè)到明亮的X射線。研究團(tuán)隊(duì)利用“中國(guó)天眼”(FAST)對(duì)其進(jìn)行了一個(gè)小時(shí)的射電觀測(cè)，同樣也沒(méi)有觀測(cè)到這顆中子星的脈沖信號(hào)。也就是說(shuō)，這是一顆寧?kù)o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(duì)優(yōu)勢(shì)使得天文學(xué)家可以利用視向速度監(jiān)測(cè)方法來(lái)發(fā)現(xiàn)寧?kù)o的黑洞、中子星等致密天體，打破了依賴于探測(cè)脈沖信號(hào)、X射線等來(lái)搜尋致密天體的觀測(cè)限制。”劉繼峰說(shuō)，這種方法為發(fā)現(xiàn)處于雙星系統(tǒng)中的寧?kù)o態(tài)致密天體開(kāi)創(chuàng)了新途徑。(記者陸成寬)