近日,“中國天眼”通過對黑寡婦脈沖星B1957+20的掩食現(xiàn)象進行觀測研究,首次探測到了致密雙星系統(tǒng)中等離子體的極端湍流現(xiàn)象,為黑寡婦脈沖星的掩食機制提供了新的線索。聽起來有點“不明覺厲”?我們不妨從基本概念談起:什么是黑寡婦脈沖星?
位于貴州的世界最大單口徑射電望遠鏡(俗稱天眼)。照片來源:中新社
先說脈沖星,屬于中子星范疇,是宇宙中最致密的天體之一,擁有強大的磁場。在自轉(zhuǎn)過程中,當它的磁極指向地球時,我們用射電望遠鏡能夠探測到脈沖式輻射,脈沖星由此得名。40年前,天文學家發(fā)現(xiàn)了一顆高速自轉(zhuǎn)的脈沖星。它的自轉(zhuǎn)周期僅有1.5577毫秒,也就是說,每秒能轉(zhuǎn)642圈。這類自轉(zhuǎn)周期在1~10毫秒范圍內(nèi)的脈沖星后來被稱為毫秒脈沖星。不過,當時的天文理論完全無法解釋毫秒脈沖星的存在,畢竟僅憑脈沖星自身的能量是不可能支持如此快速自轉(zhuǎn)的。
經(jīng)過多年觀測和研究,天文學家認為,毫秒脈沖星一般都是雙星系統(tǒng),由一顆脈沖星和另一顆恒星組成。脈沖星通過不斷吸積伴星物質(zhì)來維持自身高速自轉(zhuǎn)。無獨有偶,在北美洲有一種身懷強烈神經(jīng)毒素的蜘蛛,俗稱黑寡婦蜘蛛——在交配后,強壯的雌性蜘蛛往往會吃掉弱小的雄性蜘蛛,作為哺育后代的能量儲備。毫秒脈沖星吸積伴星物質(zhì)的方式與黑寡婦蜘蛛可以說是異曲同工,故也被稱為黑寡婦脈沖星。
隨著2008年費米伽馬射線望遠鏡成功入軌,更多黑寡婦脈沖星被發(fā)現(xiàn),證實了天文學家關(guān)于毫秒脈沖星雙星系統(tǒng)的預言。2012年,名為PSR J1311-3430的黑寡婦脈沖星被發(fā)現(xiàn)。主星是一顆質(zhì)量達到太陽約2.7倍的中子星,這也是已知質(zhì)量最大的中子星之一。而伴星的質(zhì)量卻“只有”木星的12倍左右,體積“僅有”木星的60%,比主星小得多。這個雙星系統(tǒng)的繞轉(zhuǎn)周期為93分鐘,比很多商業(yè)電影的片長還短。
不過,主星每秒自轉(zhuǎn)390圈,強烈的輻射將伴星表面加熱到12000攝氏度,達到太陽表面溫度的2倍,使得伴星表面被高溫蒸發(fā)的物質(zhì)又快速被吸積到脈沖星上。
迄今為止,人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了24組黑寡婦脈沖星,大都要歸功于X射線或伽馬射線空間望遠鏡。2022年5月,美國麻省理工學院天文學家發(fā)現(xiàn)了距離我們3000光年的黑寡婦脈沖星系統(tǒng),主星與伴星的繞轉(zhuǎn)周期僅有62分鐘。令人詫異的是,在這個雙星系統(tǒng)中似乎還存在第三個天體,因為伴星竟然有可見光輻射,這在毫秒脈沖星的探測史上是獨一無二的。
天文學家認為,另一顆伴星與這個雙星系統(tǒng)的距離大約是日地距離的600倍,公轉(zhuǎn)周期長達1萬年。經(jīng)過模擬推算,這顆天體很可能是在某次近距離接觸中被脈沖星的引力“俘獲”。
當然,要解開這個恒星系統(tǒng)的秘密,還需要更多觀測和研究,也需要更先進的望遠鏡支持。