中国天眼发现迄今轨道周期最短脉冲星双星系统

CTOnews.com 6 月 21 日消息，据新华社，中国科研学者再次利用天眼 FAST 取得了一项重要成果，研究团队利用中国天眼 FAST 发现了一个名为 PSR J1953+1844（M71E）的双星系统，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。

官方表示，该发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中缺失的一环。这项成果已于 6 月 21 日发表于国际学术期刊《自然》上（CTOnews.com附 DOI：10.1038/s41586-023-06308-w）

《自然》期刊审稿人评价：该成果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。

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。

《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；通讯作者包括国家天文台姜鹏、韩金林和美国内华达大学拉斯维加斯分校张冰，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，美国内华达大学拉斯维加斯分校等多家国内外单位。

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。

这项成果作者来自中国科学院国家天文台、中国科学院大学天文与空间科学学院、中国科学院射电天文与技术重点实验室、中国科学院云南天文台、贵州大学贵州射电天文台、马克斯普朗克射电天文学研究所、北京大学天文系、北京大学卡维理天文与天体物理研究所、北京大学物理学院核物理与技术国家重点实验室、美国内华达大学天体物理中心、内华达大学物理与天文学系、中国科学院国家授时中心、中国科学院上海天文台、贵州大学公共大数据国家重点实验室。