中国天眼FAST发现史上最短轨道周期蜘蛛类脉冲星双星系统

北京时间2023年6月21日，国际学术期刊《自然》在线发表了中国科学院国家天文台科研团队的一项重要成果。这项成果利用中国天眼FAST（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope）发现了一个名为PSR J1953+1844（M71E）的双星系统，其轨道周期仅为53分钟，刷新了已知脉冲星双星系统轨道周期的最短记录。这一发现填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型中的一个缺失环节，对脉冲星的研究具有重要意义。

脉冲星是由恒星演化和超新星爆发产生的天体，以其周期性的脉冲信号而闻名。其中，被称为"毫秒脉冲星"的短周期脉冲星，其周期在1.4毫秒到23秒之间，可以与地球上最精准的原子钟相媲美。天文学家一直在努力寻找和研究脉冲星双星系统，这些系统由脉冲星和其他恒星组成，彼此绕转。

根据天体物理学模型，当两颗星距离非常接近时，脉冲星会吞噬其伴星的物质，并且自身旋转速度会越来越快。随着双星系统的演化，伴星的质量逐渐减小，脉冲星无法继续吞噬物质并将伴星推离，这时两颗星的相互旋转速度也会变慢。天文学家将这类系统比作自然界中雌蜘蛛吃掉雄蜘蛛以供养自身的行为，因此将这类天体统称为蜘蛛类脉冲星。

在过去的观测中，已经发现了一些脉冲星双星系统，并研究了它们的演化。但是，蜘蛛类脉冲星从"红背"状态向"黑寡妇"状态的演化过程尚未完全得到证实。这是因为在中间演化阶段，脉冲星的轨道周期非常短，两颗星的距离非常接近，对观测提出了巨大的挑战。

然而，借助中国天眼FAST的超高灵敏度和强大的探测能力，研究团队取得了重要突破。他们利用FAST探测到了PSR J1953+1844（M71E）双星系统，并经过长期观测，确定了该系统两颗星绕转一周的时间仅为53分钟，这是迄今为止已知的绕转速度最快的蜘蛛类脉冲星双星系统。这一发现被确定为处于蜘蛛类脉冲星从"红背"到"黑寡妇"演化过程的中间状态，填补了蜘蛛类脉冲星演化理论的一块缺失环节。同时，该双星系统的轨道面几乎正对地球，这在天文学中是非常罕见的，我们对进一步的研究有着更多期待。

中科院上海天文台台长、研究员沈志强表示，这次在球状星团M71中发现的PSR J1953+1844（M71E）脉冲星具有极其罕见的特点，其自转周期仅为4.44毫秒。“这是脉冲星搜寻与物理研究方面的一个突破，直接证实了蜘蛛类脉冲星理论中演化中间态脉冲双星的存在。同时，这也再次展示了FAST超高灵敏度的优势，揭示了它在产生重大科学突破方面的潜力。”

《自然》期刊的审稿人评价该成果为发现了一个非常有趣的脉冲星双星系统，同时这一发现使脉冲星双星系统的轨道周期最短记录缩短了约30%，预示着蜘蛛类脉冲星演化中存在着新的未知过程。

这项研究得到了中国科学院“稳定支持基础研究领域青年团队”计划的支持，同时还得到了国家自然科学基金杰出青年基金、面上项目、联合基金，以及国家重点研发计划和中国科学院青年创新促进会的资助。

这项成果的取得不仅在脉冲星研究领域具有重要意义，同时也进一步展示了中国天眼FAST在天文学研究中的强大能力。相信随着科学技术的不断进步，我们将能够更加深入地理解宇宙中这些神秘而精彩的天体现象。