近日，中國科學院國家天文臺研究員韓金林帶領的團隊，利用“中國天眼”FAST發現了一個罕見的毫秒脈沖星，它有六分之一的時間被伴星遮擋（即掩食），且伴星質量遠超一般掩食脈沖星的伴星。這一發現對恒星演化理論、致密星吸積物理和雙星并合引力波源研究具有重要意義。
天文學家對單個恒星如何演化已有相對清晰的認識。在浩瀚的銀河系中，多數恒星都是成對出現，以雙星系統的形式共同演化。過去幾十年里，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，最后塌縮成密度極高的致密星，如中子星或黑洞。在這個階段，較小質量的伴星應會繼續演化。但是，這顆伴星在演化時，物質會被致密星吸積，伴星會由于質量流失而體積膨脹，甚至膨脹到把致密星“攬入懷中”，一起在公共的氫元素包層中演化約一千年。
在這個過程中，具有強引力的致密星貪婪吸積伴星的物質，使其自轉加快。同時，致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。
千年之后，經歷這一過程的雙星最終留下快速自轉的致密星與高溫氦星，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一千萬年，對于138億年的宇宙而言，如同夜空中稍縱即逝的流星。
該團隊通過模擬分析發現，銀河系千億顆恒星中，這樣的系統在銀河系中僅有幾十個。它們極為罕見，且難以觀測。因此，天文學家推斷的雙星系統公共包層演化理論長期缺乏直接觀測證據的支持。
2020年5月，韓金林團隊利用FAST對銀河系進行脈沖星深度搜索，發現了一顆自轉周期為10.55毫秒的毫秒脈沖星PSR J1928 + 1815。2020年11月，團隊利用FAST開展幾次后隨觀測后，證實它處于一個半徑僅50萬公里的致密軌道，相互繞轉的軌道周期僅為3.6小時。它與伴星相互繞轉時，有約六分之一的時間被伴星遮擋。團隊推測，這個伴星的質量至少有1個太陽那么重，遠超出一般掩食脈沖星的伴星，但狹小的軌道根本容不下一個像太陽這樣的恒星。團隊根據多方面限制推斷，這個伴星不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而應是經歷過公共包層演化的氦星。同時，脈沖星信號掩食是氦星甩出的星風物質遮擋所致。
這一罕見天體的發現可以為天文學研究帶來多方面的突破。首先，對于探索多年的恒星演化理論而言，這個雙星系統是雙星公共包層演化階段之后、處于致密軌道的特殊雙星。這項發現有助于完善和深化科學家對雙星演化具體過程的理解，如兩顆星如何靠近導致軌道收縮、兩顆星之間如何進行物質交流、中子星自轉如何加速到幾個毫秒、公共氫元素包層如何被致密星吹散等。其次，這個中子星在公共包層里應在很短時間里吸積了大量物質，使脈沖星自轉加快。新發現的這個致密雙星可能是中微子散熱機制理論的重要例證。同時，新發現的稀有雙星可演化成為引力波源，為致密雙星并合和引力波的產生機制提供了新限制。
5月23日，相關研究成果在線發表在《科學》（Science）上。《科學》審稿人認為，這是個獨特的致密雙星系統，具有極高的科學價值，有望在多個不同領域——如恒星群體演化、引力波源預測、雙星和恒星演化過程、深度光學/紅外的氦星觀測等方面引導出很多有趣的研究課題，使得我們對雙星演化中公共包層階段這一目前仍知之甚少的領域有更深入的認識。
研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。該工作由國家天文臺、青島理工大學、南京大學、中國科學院云南天文臺、中山大學、廣州大學、中國科學院新疆天文臺、北京大學、西南大學合作完成。
科學家發現罕見掩食脈沖星
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