中国天眼探测到一颗独特的脉冲星双星系统,该系统被命名为PSR J1953+1844(简称M71E),其轨道周期仅为53分钟,创下了脉冲星双星系统轨道周期最短的记录。这一发现具有重大意义,因为它提供了关于脉冲星双星系统演化的新线索,特别是“黑寡妇”系统的形成原因。

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一、脉冲星

脉冲星是快速旋转的中子星,通常以成对形式存在,定期发射辐射脉冲。然而,M71E这对脉冲星系统的独特之处在于其周围存在大量高能物质。天文学家推测,这些物质来自较小的伴星,曾经这颗伴星可能比现在大得多。然而,由于中心的脉冲星释放极高能辐射和粒子流,伴星逐渐被撕裂成碎片,并被推入太空或吸入脉冲星中。这种现象就像雌性黑寡妇蜘蛛交配后吞噬雄性一样,因此这些系统被称为“黑寡妇”脉冲星,第一个被发现的是PSR B1957+20。

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二、天文学家发现了多种类型的脉冲星系统

包括“黑寡妇”和“红背”系统。在“黑寡妇”系统中,伴星质量已经减小到极小的程度,通常不到太阳质量的十分之一。而在“红背”系统中,伴星相对较大,通常达到半个太阳质量。然后,如果伴星质量更大,可以承受脉冲星的辐射和粒子流,系统被称为“猎人”而非“蜘蛛”。

尽管天文学家已经识别了许多“蜘蛛”系统,但他们一直难以解释这些系统是如何形成的,因此需要找到演化过程中的中间状态。然而,这些系统演化过程中,由于轨道周期非常短,两颗星距离非常接近,难以观测,因此中间状态一直未被发现,这导致了关于“蜘蛛”系统形成原因的疑问。

今年4月,国际科研团队首次发现了一个正在演化成“蜘蛛”系统的脉冲星系统,为我们提供了关于这一过程的首次见解。而中国天眼的发现,PSR J1953+1844(M71E)的脉冲星双星系统,刚好处于从“红背”向“黑寡妇”演化的过程中,填补了此前缺失的环节。这一重大发现于21号发表在《自然》杂志上。

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三、除了“蜘蛛”系统外,还存在多种吞噬方式

1、第一种通过引力撕裂对手的方式,比如超大质量黑洞会撕裂靠近的天体。一部分物质将被黑洞吞噬,而其他部分则被抛射出去,可能甚至离开整个星系。这种撕裂现象不仅发生在黑洞周围,还包括像木星这样的天体。

2、第二种方式是碰撞吞并,就像地球和月球的形成一样。在宇宙形成的早期阶段,恒星系统和行星都可能通过碰撞吞噬其他物质来增长。

3、第三种方式是膨胀吞并,例如太阳在演化的最后阶段将吞并地球。随着时间的推移,太阳的核心将变小,核心内部的氢燃料耗尽,太阳会膨胀成红巨星,最终吞并地球。这一过程是恒星生命周期中的一部分,通常是恒星演化中最剧烈的时期。