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PSR J1311-4330脉冲星强大的辐射剥离伴星物质的想象图

美国宇航局费米伽马射线巡天图像揭示该“黑寡妇”脉冲星的位置

  脉冲星作为宇宙中神秘的天体之一,其形成于恒星爆炸后的致密天体,自转速率达到了每秒数百转,并向周围宇宙空间释放辐射束。但目前为止,科学家们只通过脉冲星发射的射电波探测到它们的存在,但现在来自马克斯 普朗克研究所引力物理学的专家获得了该所射电天文学科学家的支持,由脉冲伽马辐射通道发现了一颗毫秒级的脉冲星。早在1994年,天文学家在对半人马座相关课题进行研究时发现强伽马射线源,当时怀疑这些高能辐射源于脉冲星。

  直到现在,普朗克研究所的引力物理学家揭开了这个谜团,确定高能辐射源来自毫秒级的伽马射线脉冲星,并将其编号为PSR J1311-3430。普朗克引力物理研究所也被称为阿尔伯特-爱因斯坦研究所,发现这颗奇特脉冲星的科学家就来自于此,采用的一种新的数据分析方法,因为快速旋转的脉冲星是极难被发现的。要确定伽马射线脉冲星的位置,天文学家需要非常高的观测精度,了解该天体的基本属性,包括方位、自转频率以及考虑时间效应下的延推量。如果脉冲星处于双星系统中,那么问题的分析就更加复杂了,至少需要确定三个额外的轨道参数。

  科学家已经探测到PSR J1311-3430脉冲星的伴星,来自脉冲星的强大射电波将伴星加热,通过高灵敏的光学望远镜就可以发现它们的痕迹。因此,我们可以计算出脉冲星的部分轨道参数以及位置信息等。根据该研究论文的第一作者霍尔格 普勒特斯(Holger Pletsch)介绍:“我们所开发的新观测方法来自美国宇航局费米伽马射线探测器,发现了在双星系统中的伽马射线毫秒级脉冲星,只有这种方法可使我们扩大探索范围。”新的分析方法使得科学家首次探测到此类旋转频率很高的脉冲星。

  图中显示了美国宇航局费米伽马射线探测器在过去四年内绘制的伽马射线巡天图像,从银河系坐标200×100的天区中探测到较强的伽马辐射,该天区目视大小接近月亮直径。银河系盘面的伽马射线辐射可以看做是一种水平带状辐射区,新发现的J1311-3430毫秒级脉冲星可清楚地显示出强伽马射线源。由此,科学家们在阿尔伯特-爱因斯坦研究所阿特拉斯计算机群上分析了费米伽马射线探测器的数据,四年的巡天结果介入运行分析后确认了一个明显的信号源,研究人员认为看到这个结果是非常令人兴奋的。

  PSR J1311-3430脉冲星的旋转速率达到了每秒390转,该过程中也发射伽马射线光子束进入太空,类似于一座“宇宙灯塔”,该脉冲星所发射的单个光子最终被费米探测器捕捉到。伽马射线信号也揭示了另一颗伴星的存在,来自阿尔伯特-爱因斯坦研究所的主任布鲁斯 艾伦(Bruce Allen)介绍:“双星系统的轨道运动可以计算光子抵达的时间,并携带着该系统中另一颗伴星的信息。研究结果显示,这颗伴星质量至少是木星质量的八倍,但半径却只有百分之六十,是一个小而致密的天体。

  从该信息中,研究人员计算出伴星的密度,发现密度异常地高,大约是太阳密度的三十倍左右。根据推测,伴星来自一颗恒星的致密残骸,在很早以前就开始环绕着这颗毫秒级的脉冲星,随着时间的推移,脉冲星从伴星那儿剥离了物质并使自身的质量增加,从而加速其旋转,与此同时伴星和脉冲星的轨道会越来越靠近。

  从目前的观测上看,剩余的恒星致密核心主要氦元素组成,被来自脉冲星的辐射所加热,并逐渐“蒸发”殆尽。天文学家将此类脉冲星称为“黑寡妇”脉冲星,如同黑寡妇蜘蛛那样在与雄性蜘蛛交尾后吃掉对方。在遥远的将来,PSR J1311-4330脉冲星可能完全将其伴星蒸发,最终独自存在。此外,该“黑寡妇”脉冲星系统也是迄今为止发现的相互距离最近的双星系统之一,仅有1.4倍地月距离。脉冲星的轨道速度达到每小时13,000公里,而伴星的质量更轻也更快,速度为每小时280万公里。(Everett)

  (来源:腾讯科学)