近日,“中国天眼”通过对黑寡妇脉冲星B1957+20的掩食现象进行观测研究,首次探测到了致密双星系统中等离子体的极端湍流现象,为黑寡妇脉冲星的掩食机制提供了新的线索。听起来有点“不明觉厉”?我们不妨从基本概念谈起:什么是黑寡妇脉冲星?
位于贵州的世界最大单口径射电望远镜(俗称天眼)。照片来源:中新社
先说脉冲星,属于中子星范畴,是宇宙中最致密的天体之一,拥有强大的磁场。在自转过程中,当它的磁极指向地球时,我们用射电望远镜能够探测到脉冲式辐射,脉冲星由此得名。40年前,天文学家发现了一颗高速自转的脉冲星。它的自转周期仅有1.5577毫秒,也就是说,每秒能转642圈。这类自转周期在1~10毫秒范围内的脉冲星后来被称为毫秒脉冲星。不过,当时的天文理论完全无法解释毫秒脉冲星的存在,毕竟仅凭脉冲星自身的能量是不可能支持如此快速自转的。
经过多年观测和研究,天文学家认为,毫秒脉冲星一般都是双星系统,由一颗脉冲星和另一颗恒星组成。脉冲星通过不断吸积伴星物质来维持自身高速自转。无独有偶,在北美洲有一种身怀强烈神经毒素的蜘蛛,俗称黑寡妇蜘蛛——在交配后,强壮的雌性蜘蛛往往会吃掉弱小的雄性蜘蛛,作为哺育后代的能量储备。毫秒脉冲星吸积伴星物质的方式与黑寡妇蜘蛛可以说是异曲同工,故也被称为黑寡妇脉冲星。
随着2008年费米伽马射线望远镜成功入轨,更多黑寡妇脉冲星被发现,证实了天文学家关于毫秒脉冲星双星系统的预言。2012年,名为PSR J1311-3430的黑寡妇脉冲星被发现。主星是一颗质量达到太阳约2.7倍的中子星,这也是已知质量最大的中子星之一。而伴星的质量却“只有”木星的12倍左右,体积“仅有”木星的60%,比主星小得多。这个双星系统的绕转周期为93分钟,比很多商业电影的片长还短。
不过,主星每秒自转390圈,强烈的辐射将伴星表面加热到12000摄氏度,达到太阳表面温度的2倍,使得伴星表面被高温蒸发的物质又快速被吸积到脉冲星上。
迄今为止,人类已经发现了24组黑寡妇脉冲星,大都要归功于X射线或伽马射线空间望远镜。2022年5月,美国麻省理工学院天文学家发现了距离我们3000光年的黑寡妇脉冲星系统,主星与伴星的绕转周期仅有62分钟。令人诧异的是,在这个双星系统中似乎还存在第三个天体,因为伴星竟然有可见光辐射,这在毫秒脉冲星的探测史上是独一无二的。
天文学家认为,另一颗伴星与这个双星系统的距离大约是日地距离的600倍,公转周期长达1万年。经过模拟推算,这颗天体很可能是在某次近距离接触中被脉冲星的引力“俘获”。
当然,要解开这个恒星系统的秘密,还需要更多观测和研究,也需要更先进的望远镜支持。