近日，中國科學(xué)院云南天文臺王博研究員等人在毫秒脈沖雙星領(lǐng)域取得新進(jìn)展，解釋了長軌道周期毫秒脈沖雙星的形成。這一成果“Formation of millisecond pulsars with long orbital periods by accretion-induced collapse of white dwarfs”發(fā)表在2022年3月出版的《英國皇家天文學(xué)會月刊(MNRAS)》上。

　　毫秒脈沖雙星（Millisecond pulsars）通常由一顆脈沖星加上一顆白矮星組成的雙星系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，脈沖星的自轉(zhuǎn)周期小于30毫秒（每秒旋轉(zhuǎn)幾十次、甚至上百次），表面磁場在108到109高斯之間，被認(rèn)為起源于低質(zhì)量X射線雙星。毫秒脈沖雙星是研究雙星演化過程中一些極端物理過程的重要天體，可以用來研究中子星的物態(tài)方程，限制中子星的吸積物理，還可以用來探索雙星演化過程中公共包層拋射、角動量損失機(jī)制等。

　　近年來，觀測上發(fā)現(xiàn)了越來越多軌道周期在50天到500天的毫秒脈沖雙星。但是，這些長軌道周期毫秒脈沖雙星的起源仍不清楚。為此，王博等人提出了氧氖白矮星+紅巨星模型來解釋這類天體的形成。在該模型中，由于雙星軌道距離長，伴星在演化到紅巨星時(shí)才充滿洛希瓣，進(jìn)而向氧氖白矮星轉(zhuǎn)移物質(zhì)（見圖1）。被吸積的物質(zhì)在氧氖白矮星表面穩(wěn)定燃燒，當(dāng)其質(zhì)量增加到錢德拉塞卡質(zhì)量極限時(shí)，鎂和氖的電子俘獲導(dǎo)致白矮星內(nèi)部電子簡并壓減小，使整個(gè)星體塌縮成中子星。隨后，紅巨星由于自身膨脹繼續(xù)向中子星轉(zhuǎn)移物質(zhì)，被吸積的物質(zhì)通過釋放引力能產(chǎn)生X射線輻射。在獲得物質(zhì)及角動量后，中子星自轉(zhuǎn)逐漸加快，達(dá)到毫秒量級，而此時(shí)紅巨伴星由于損失物質(zhì)形成了一顆氦白矮星，最終產(chǎn)生毫秒脈沖雙星。該模型可以解釋長軌道周期毫秒脈沖雙星的形成（見圖2）。

　　由氧氖白矮星塌縮成中子星的過程被稱為吸積致塌縮（Accretion-induced collapse）。吸積致塌縮過程是由恒星演化理論在40年前預(yù)言的氧氖白矮星的演化結(jié)局，將產(chǎn)生中子星系統(tǒng)。吸積致塌縮型超新星可以解釋球狀星團(tuán)中毫秒脈沖雙星的形成問題。盡管在觀測上有大量間接證據(jù)支持這類超新星的存在，但由于其非常暗、亮度變化快，到目前為止仍沒被觀測證認(rèn)。王博等人的工作進(jìn)一步間接支持了這類天體的存在。

　　該成果受到了中國科學(xué)院西部之光交叉團(tuán)隊(duì)-重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作專項(xiàng)以及國家自然科學(xué)基金的支持。

　　論文鏈接

　　項(xiàng)目組近年來在吸積致塌縮型超新星領(lǐng)域的相關(guān)論文：

　　(1)??Wang B., Liu D., The formation of neutron star systems through accretion-induced collapse in white-dwarf binaries,?2020, Res. Astron. Astrophys., 20, 135 (特邀綜述)

　　(2)??Wang B., The single-degenerate model for the progenitors of accretion-induced collapse events,2018, MNRAS, 481, pp439–446

　　(3)??Liu D., Wang B., The formation of single neutron-stars from double white-dwarf mergers via accretion-induced collapse,?2020, MNRAS, 494, pp3422-3431

　　(4)??Liu D., Wang B., Chen W., Zuo Z., Han Z., Evolving ONe WD+He star systems to intermediate-mass binary pulsars,?2018, MNRAS, 477, pp384–391

　　(5)??Wu C., Wang B., Accreting CO material onto ONe white dwarfs towards accretion-induced collapse,?2018, Res. Astron. Astrophys., 18, 036

　　(6)??Guo Y., Liu D., Wu C., Wang B., He-shell flashes on the surface of oxygen-neon white dwarfs,?2021, Res. Astron. Astrophys., 21, 034

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　　圖1. 氧氖白矮星從紅巨星吸積物質(zhì)示意圖（圖片來源：https://www.nasa.gov/）。

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　　圖2. 長軌道周期毫秒脈沖雙星系統(tǒng)伴星質(zhì)量與軌道周期平面圖，其中誤差棒為觀測值。