中國天眼發現罕見掩食脈衝星 助探索恒星演化效

中國科學院國家天文台韓金林研究員帶領團隊利用中國天眼FAST發現了一個特殊的毫秒脈衝星，其與伴星以3.6小時的周期相互繞轉，且有六分之一的時間被伴星遮擋（即掩食，猶如日食或月食，編者註）。此類掩食脈衝星非常罕見，對開展恒星演化、緻密星吸積、雙星併合引力波源等研究具有重要意義。這一成果5月23日在線發表於國際學術期刊《科學》。

天文學家對於單個恒星如何演化已有相對清晰的認識，但大多數恒星都是成對出現，以雙星系統的形式共同演化，雙星系統如何交互和演化一直是天文學領域的前沿難題。恒星演化理論認為，質量越大的恒星演化速度越快。在雙星系統中，較大質量的恒星一般會率先演化，最後塌縮成密度極高的緻密星，如中子星或黑洞。在這個階段，較小質量的伴星應該會繼續演化，但該伴星在演化時，物質會被緻密星吸積，伴星會因為質量流失而體積膨脹，甚至膨脹到把緻密星攬入懷中，一起在公共的氫元素包層中演化約1,000年。

在此過程中，具有強引力的緻密星一方面貪婪吸積伴星的物質，使其自轉加快。另一方面，緻密星與伴星相互繞轉的過程中，把公共的氫包層全部吹散，留下伴星中心燃燒的內核。這時的伴星主要靠燃燒的氦元素發光，溫度有幾萬度。

千年之後，經歷共同演化過程的雙星最終留下快速自轉的緻密星與高溫氦星，在非常緊密的軌道上相互繞轉。然而，這類特殊的雙星系統在宇宙中存活時間僅約1,000萬年，對於138億年的宇宙而言，如同夜空中稍縱即逝的流星。

韓金林指出，根據研究團隊所做模擬分析，銀河系千億顆恒星中，該特殊雙星系統在銀河系中僅有幾十個。因它們極為罕見，且難以觀測，所以，天文學家推斷的雙星系統公共包層演化的理論，也長期缺乏直接觀測證據的支持。

中國天眼FAST的靈敏度極高，是發現脈衝星的利器，對觀察處於極短周期軌道上的脈衝星更為敏銳。2020年，韓金林利用FAST對銀河系進行脈衝星深度搜索時，發現了毫秒脈衝星PSR J1928+1815，自轉周期為10.55毫秒，它與伴星相互繞轉的軌道周期僅為3.6小時，且伴星質量至少有1個太陽那麼大。

韓金林表示，綜合這些結果推斷，這一伴星應該是高溫氦星。脈衝星信號掩食是氦星甩出的星風物質遮擋引起的。這個脈衝星和伴星應該是經歷過共同包層演化之後的特殊雙星。

《科學》審稿人之一，美國國家射電天文台的脈衝星雙星研究專家Scott Ransom表示，這是個獨特的緻密雙星系統，具有極高的科學價值，有望在恒星群體演化、引力波源預測、雙星和恒星演化過程等方面引導出很多有趣的研究課題。