浩瀚宇宙中，大多数恒星都是成对出现、以双星系统的形式共同演化的。但天文学家却对双星系统了解并不多。中国科学院国家天文台韩金林研究员带领团队，利用“中国天眼”FAST，发现了一个罕见的毫秒脉冲星——它与伴星以3.6小时的周期相互绕转，且有六分之一的时间被伴星遮挡（即掩食，犹如日食或月食）。这一成果5月23日在线发表于《科学》杂志，将对恒星演化理论、致密星吸积物理和双星并合引力波源研究具有重要意义。
韩金林解释，恒星演化理论认为，质量越大的恒星演化速度越快。在双星系统中，较大质量的恒星一般会率先演化，最后塌缩成密度极高的致密星，比如中子星或黑洞。在这个阶段，较小质量的伴星会继续演化。“但这颗伴星的物质会被致密星吸积，因此质量流失、体积膨胀，甚至膨胀到把致密星揽入怀中，一起在公共的氢元素包层中演化约1千年。”千年之后，双星最终留下快速自转的致密星与高温氦星，在非常紧密的轨道上相互绕转一千万年。然后氦星大概会塌缩成白矮星，变成两个相互绕转的致密星。这两个致密星最后会合并，变成引力波源，发出引力波。
韩金林说：“对于138亿年的宇宙而言，1千万年稍纵即逝。因此，这类双星系统变得极为罕见且难以观测——我们模拟分析显示，银河系中，这样的系统仅有几十个。”
FAST的灵敏度极高，对观察处于极短周期轨道上的脉冲星非常敏锐。韩金林带领团队利用FAST在2020年5月“捕捉”到这一系统，随后进行了大量的测量。
韩金林介绍，测量数据表明，这一双星系统中的伴星，不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而是与致密星一起经历过公共包层演化的氦星。韩金林说：“这个伴星的质量至少有1个太阳那么重，远超出一般掩食脉冲星的伴星。但狭小的轨道根本容不下一个像太阳这样的恒星。我们根据多方面条件的限制，做出了这个推断。而它们发出的脉冲星信号掩食，就是氦星甩出的星风物质遮挡引起的。”
天文学家们认为，这对罕见天体的发现，将为天文学研究带来多方面的突破。首先，有助于完善和深化对双星演化具体过程的理解，比如两颗星如何靠近导致轨道收缩、两颗星之间如何进行物质交流等。其次，这个中子星在公共包层里应该在很短时间里吸积了大量物质，使脉冲星自转加快。这个新发现的系统可能成为中微子散热机制理论的一个重要例证。再次，这对稀有的双星，可以演化成为引力波源，为致密双星并合和引力波的产生机制提供了新的限制。
论文审稿人之一，美国国家射电天文台的脉冲星双星研究专家斯科特表示：“这个独特的致密双星系统具有极高的科学价值，有望在多个不同领域，如恒星群体演化、引力波源预测、双星和恒星演化过程、深度光学/红外的氦星观测等方面，引导出很多有趣的研究课题，让我们对双星演化中公共包层阶段这一目前仍知之甚少的领域有更深入的认识”。
来源：光明日报全媒体记者齐芳
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