点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统

来源:光明网2020-04-22 14:06

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  “红背蜘蛛”系统是一种特殊的脉冲双星系统。它有什么有趣的特征,能告诉我们什么呢?最近,中国科学院国家天文台的天文工作者使用FAST在球状星团M92中也发现了一个这样的系统。该研究工作被评为美国天文学会(AAS)2020年4月17日的研究亮点。本文将以此为例,介绍“红背蜘蛛”系统。

  脉冲星是宇宙中最精确的时钟。因为这个原因,脉冲星是天文学的重要研究对象之一。脉冲星是向地球发出周期信号的中子星,直径大约二十千米,质量和太阳差不多,非常致密,是大质量恒星死亡的产物,在银河系中主要分布在银道面上和球状星团(分布在银河系各处,及呈球状或椭球状的星团)中;在近邻的大小麦哲伦星系中也有发现。年轻的脉冲星具有较快的自转速度,比如蟹状星云中的脉冲星每秒钟会旋转约30圈。脉冲星通过旋转将自身动能转化成其它形式的能量,比如电磁波,向宇宙空间释放,并因此越转越慢,并在数千万年后由于自转太慢而不能发射电磁波。如果脉冲星存在物质吸积,如存在于双星系统中,伴星的物质可能就会受到脉冲星吸引而落向脉冲星。物质吸积同时给脉冲星带来了外界的能量,使得脉冲星自转速度的减慢率下降,甚至可以加速脉冲星的自转。毫秒脉冲星是自转周期30毫秒(也有定义为20毫秒)以下的脉冲星,就是物质吸积产生的。这样的外界能量注入可以使得脉冲星,尤其是毫秒脉冲星,能在甚至诞生百亿年后依然发射出电磁波并被探测到。

  FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统

图1: 中间是脉冲星,围绕脉冲星运动的是它的伴星,一个小质量恒星。,可以看到恒星物质受脉冲星影响正在脱离,随后被脉冲星吸积或者向宇宙空间布散。图片来源:NASA。https://svs.gsfc.nasa.gov/11215

  球状星团分布在银河系的银晕上,有着高达到百亿年的演化历史;这使得在其中找到的脉冲星绝大多数也都是非常年老的毫秒脉冲星。银河系有一百多个球状星团,这些球状星团的恒星密度、年龄等特征不尽相同,各个球状星团中发现的脉冲星数量也有很大差别。迄今,已经在30个球状星团中发现了157颗脉冲星。其中名为Terzan 5和47 Tuc (NGC104)的两个球状星团位列第一第二,分别有38颗和25颗脉冲星;而更普遍的情况是,每个球状星团中只找到了不超过5颗脉冲星。导致这种情况的原因,有观测时长和灵敏度的不同,但更为重要的可能是球状星团内禀性质有区别。

  在球状星团脉冲星中,有很多极端的例子。比如,人类发现的自转最快的脉冲星,自转周期1.39毫秒,是球状星团中发现的。球状星团脉冲星往往存在一个小质量的伴星;脉冲星和伴星构成双星系统,互相绕转。有的脉冲星双星系统的轨道周期特别短,例如脉冲星J0024-7204R,其轨道周期只有1.58小时。有些脉冲星双星系统的伴星质量非常小,不足太阳质量的百分之十。有的脉冲双星系统还存在掩食的现象。

  脉冲双星系统有多种类型,所谓“红背蜘蛛”系统(redback system),是一种特殊的脉冲双星系统。它的轨道周期往往短于1天,轨道偏心率非常接近0,伴星是一个只有太阳三分之一甚至更小质量的恒星。最重要的特征是,伴星物质正在被脉冲星吸积。这个系统的名字也是由这种吸积现象而来的。红背蜘蛛属于球蛛,身体是个大球,头是个小球。

 FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统 

图2. 红背蜘蛛(图片来源于网络)

  红背蜘蛛和用来命名另外一种脉冲星双星系统的黑寡妇蜘蛛(black widow)蜘蛛一样,都倾向于把自己的伴侣吃掉,就像这两种脉冲双星系统中,脉冲星正在把伴星物质吞噬掉一样。图1是表示这样演化的动画,图2是红背蜘蛛的图片。长达百亿年的演化使得球状星团脉冲星有着非常高的毫秒脉冲星比例,也意味着其中的双星比例也远高于我们在银河系银盘上发现的脉冲星。这些球状星团的脉冲双星系统中就有超过10个“红背蜘蛛”系统。球状星团中“红背蜘蛛”系统中的伴星往往已经演化成为了亚巨星,且处于轨道周期较短的双星系统中,因此在真实的观测数据中可以看到由于伴星物质被脉冲星吸积而产生的各种现象,包括脉冲到达时间延迟,脉冲星信号长达轨道周期40%甚至更长的掩食,甚至在一个轨道周期中出现不止一次的掩食。这样的物质吸积,会使得脉冲星的自转被很快加速,如上文提到的自转最快的脉冲星,也是“红背蜘蛛”系统。

  我国自主设计建造的500米口径球面射电望远镜(FAST)是目前世界上灵敏度最高的单口径射电望远镜。自2016年落成以来,FAST一直在进行调试,并在2020年1月完成了国家验收,开始开放运行。

  在调试过程中,FAST团队对一些球状星团进行了脉冲星观测,尝试搜寻其中的脉冲星。我们在2017年10月9日的数据中发现了一颗毫秒脉冲双星,称为M92A(或PSR J1717+4308A);图3展示了我们发现这个脉冲星时看到的脉冲星信号的样子。在接下来几年中,后随的计时观测(timing)也完成了。这是FAST最早发现的球状星团中的脉冲星之一,也是球状星团M92中的首个脉冲星发现。在后续的观测中,我们有着更多的发现,并且直到现在一直在对其密切监测。

FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统  

图3,M92A发现时的图片。

  其中左上角的波形表示的是脉冲星的信号形状,左下的灰度图显示了在观测的1800秒内都能观测到M92A的信号。中间的灰度图和下方的波形表现了信号的色散特征,是判断信号是否可能是脉冲星的重要依据。右侧表示了信号周期的变化情况。

  观测表明,M92A自转周期为3.16毫秒,色散量(等价于以单位面积为底,源到地球距离为高的一个长方体中的电子数量)为 35.45 pc cm-3处于一个典型的“红背蜘蛛”系统中。M92A双星系统的轨道非常接近圆形,轨道周期约0.2天,轨道半径大约12万千米,伴星质量大约是0.18倍太阳质量,处于主序星向巨星演化阶段。观测数据中看到了长达轨道周期40%的掩食,并且偶尔在掩食开始前或者结束后的约1000秒时间内还会发生第二次掩食。较短的轨道周期和轨道半径及掩食特征表明,伴星物质正在被脉冲星吸积。图4作为示意图展示了这样一种“红背蜘蛛”系统。

 FAST最新发现:球状星团M92中的“红背蜘蛛”系统 

图4,蓝色的是脉冲星,红色的是一个小质量恒星。可以看到恒星的物质被脉冲星吸积。而在双星轨道运动过程中,存在恒星遮挡脉冲星的情况,即有掩食发生。图片来源:NASA。https://svs.gsfc.nasa.gov/10625

  这一研究使得我们可以通过脉冲星来研究球状星团M92的演化,也为“红背蜘蛛”系统增加了新的样本。目前,这个脉冲星双星系统仍然有一些问题有待探索,例如,物质吸积速率是多少?这样的吸积是什么时候开始的?还能持续多久?这些问题的解答将为我们带来关于M92A演化的更多细节和故事。

  不久的将来,随着基于FAST的观测和巡天的深入展开,我们很可能发现更多如“红背蜘蛛”系统这样的特殊的脉冲星和脉冲双星。

  论文链接:

  https://aasnova.org/2020/04/17/pulsar-discovery-from-an-enormous-telescope/

  参考文献

  [1] Pan et al. 2020, arXiv:2002.10337

  作者简介

  钱磊,中国科学院国家天文台副研究员。主要研究方向为射电天文,撰写过多篇科普文章;潘之辰,中国科学院国家天文台助理研究员。主要研究方向为脉冲星搜索和恒星形成。

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  •  

  • 黄河晋陕大峡谷:壮美风光引客来

独家策划

推荐阅读
“或为近150年最强”“或为自1951年以来最强气候事件”……最近,关于2026年形成超强厄尔尼诺的新闻很受关注。预计赤道中东太平洋海表温度将继续维持波动上升态势,于今年11月至12月前后达到本次事件峰值。
2026-08-19 09:51
宁夏平原,黄河水沿着叶脉般的渠道淌进田间。”  青铜峡灌区是全国6个特大型灌区之一,是世界灌溉工程遗产宁夏引黄古灌区的重要组成部分。”  完成全域一体的信息化建设,这是青铜峡灌区从“治水”走向“智水”的关键一步。
2026-08-19 09:46
直面现实困境,1989年青海省委作出“绿化南北两山,改善西宁生态环境”的战略决策,西宁市积极响应。18年间,他在山上劳动超3000天,带领群众栽种树木近3000万株,让3.75万亩荒山披绿,筑起守护西宁的生态屏障。
2026-08-19 09:45
主刊收到投稿400余篇,已出版60篇,其中包括多个我国科研团队的最新重要原创成果……在日前举行的Vita期刊首期发布暨生命科学开放联盟一周年交流会上,Vita(《生命》)系列期刊正式亮相。
2026-08-19 09:45
也正因如此,当科技触及意识,我们需要建立的伦理边界,可能比传统数据隐私更为严格。科技工作者的责任是将伦理融入研发全过程,他们是伦理风险的第一道防线。在研发科技产品时,科技工作者要充分考虑其伦理风险,在应用产品时,要严格遵守伦理规范与法律规定,尊重他人的意识隐私。
2026-08-19 09:43
5天赛程,51个项目,1301场比赛……日前,记者从北京市政府新闻办公室获悉,第二届世界人形机器人运动会将于8月22日在国家速滑馆“冰丝带”开幕。
2026-08-18 10:14
8月15日,承载着亿万公众对良好生态环境期盼的《中华人民共和国生态环境法典》开始施行,标志着我国生态环境保护迈入“法典化”时代。生态环境法典有哪些亮点和创新?如何做好法典的学习、宣传与实施工作?
2026-08-18 10:11
一系列政策“组合拳”为智能农机从研发到应用构筑了全链条支持体系,为现代农业注入强劲动力。
2026-08-18 10:10
今年上半年,我国新能源和可再生能源发展总体保持平稳态势,可再生能源发电装机达24.55亿千瓦,占全国电力总装机的60.7%,其中风电光伏发电装机(约19.5亿千瓦)占比接近一半,太阳能发电装机与燃煤发电装机基本持平。
2026-08-18 10:06
在国际标准组织量子技术联合技术委员会(IEC/ISO JTC3)第五次全体会议期间,我国牵头的多项量子技术国际标准提案取得积极进展。
2026-08-18 10:02
业界普遍认为,人形机器人将成为继计算机、智能手机、新能源汽车之后的下一代颠覆性产品。
2026-08-18 07:09
脑机接口、空中“飞的”、量子通信……今天的安徽,前沿科技早已褪去“高冷”,不断向下扎根,托起民生幸福。”  
2026-08-17 10:13
记者张胜日前从生态环境部获悉,当前我国已基本建成覆盖全面、要素齐全、布局合理的国家监测网络,共布设各类国控监测站点5.8万个,8颗生态环境卫星组网运行。这位负责人表示,面向“十五五”,生态环境部将聚力打造“全域感知、人机协同、自主可控、智能高效”的国家监测网络2.0版本,支撑美丽中国建设取得新的重大进展。
2026-08-17 10:12
理想的钙钛矿太阳能电池须至少满足两个要求——效率要高,还得用得久。“等离子体驱动的界面重构,突破了传统气相、液相、固相钝化方法在可控性、大面积均匀性上的限制,为未来高性能钙钛矿光伏组件产业化制备提供了重要技术参考。正因如此,科学家才将它定为未来光伏技术的重要候选活性层材料之一。
2026-08-17 10:12
记者从安徽农业大学获悉,8月16日,在广西南宁召开的第32届全国大豆科研生产研讨会上,该校王晓波教授代表研发团队发布了大豆领域垂直大模型“丰菽”2.0。
2026-08-17 10:11
2025年秋,南宁五象新区新兴科技园,一所由桂林电子科技大学牵头联合香港科技大学、香港科技大学(广州)等高校共建的“广西人工智能学院”正式开学。学院将充分利用广西面向东盟的独特区位优势,加快与更多东盟国家高校共建人工智能联合实验室,推动人工智能技术普惠发展,助力将中国-东盟国家人工智能应用合作中心建设成为双方人工智能合作的“第一站”。
2026-08-17 10:11
一台能扛17级超强台风的漂浮式风机,究竟是如何造出来的?关键零部件怎样实现全部国产化?记者日前走进位于浙江省温州市的金风科技温州深远海风电零碳总部基地总装车间,
2026-08-14 03:55
13日,我国首艘国产大型邮轮“爱达·魔都号”以深圳为母港正式首航。该轮全长323.6米,总吨位13.62万吨,停靠于深圳国际邮轮母港一号泊位。
2026-08-14 03:55
13日,国家石油天然气基础设施重点项目——连云港至仪征原油管道工程连云港至淮安段(以下简称“连仪管道连淮段”)投产一次成功。
2026-08-14 03:55
当前,新一轮科技革命和产业变革加速演进,全球科技竞争呈现体系化、全链条博弈特征,核心技术攻坚成为竞争焦点。近年来,我国科技创新投入持续增长、创新实力稳步提升。
2026-08-14 03:55
加载更多