近日，中國科學院云南天文臺博士研究生郭云浪與研究員王博等人在毫秒脈沖雙星領域獲得了新進展，解釋了極低伴星質量黑寡婦脈沖星的起源問題。國際科學期刊英國《皇家天文學會月刊》（MNRAS）近日以“Formation of black widows through ultra-compact X-ray binaries with He star companions”為題在線發(fā)布了這一成果。

　　毫秒脈沖星是一類高速自轉的中子星，其自轉周期小于30毫秒，通常被認為起源于低質量X射線雙星。在X射線雙星演化期間，中子星通過吸積伴星的物質獲取角動量，以此來加速自轉。對毫秒脈沖雙星的研究具有重要的科學意義。短軌道周期毫秒脈沖雙星是重要的低頻引力波源。此外，這類天體還可以用來揭示中子星的物態(tài)方程，以及在自轉加速過程中中子星表面磁場的衰退等物理過程。

　　觀測上發(fā)現(xiàn)了一些特殊的射電掩食毫秒脈沖雙星，其軌道周期大約在1天以內。他們的伴星被脈沖星的脈沖輻射所剝離物質，就好像蜘蛛在蠶食它們的伴侶（見圖1）。因此，科學家以黑寡婦（black widow）和紅背蜘蛛（red back）來命名這些脈沖星。黑寡婦和紅背脈沖星的主要差別在于其伴星質量的大?。汉诠褘D的伴星質量通常小于0.05倍太陽質量，而紅背的伴星質量在0.1到1倍太陽質量之間。

　　最新的觀測表明黑寡婦脈沖星可以分為兩類，一類的伴星質量大于0.01倍太陽質量（見圖2，區(qū)域A），而另一類則有著極低的伴星質量，即小于0.01倍太陽質量（見圖2，區(qū)域B）。以前的學者提出了幾種用來解釋黑寡婦脈沖星起源的相關模型，但對于有著極低伴星質量的黑寡婦脈沖星的起源問題一直不清楚。王博研究員等人于2021年提出了形成極致密X射線雙星的中子星+氦星模型?；谠撃Ｐ?，項目組進一步考慮了脈沖輻射對氦星的蒸發(fā)過程。研究表明，由于脈沖輻射對伴星物質的剝離，導致伴星質量的快速降低，從而可以解釋極低伴星質量黑寡婦脈沖星的形成（見圖2）。此外，伴星的質量能夠在哈勃時標內下降到千分之一倍太陽質量，甚至十萬分之一倍太陽質量。當毫秒脈沖雙星中的伴星質量足夠低時，伴星就會被潮汐作用瓦解掉，從而留下一顆孤立毫秒脈沖星。因此，該工作還為孤立毫秒脈沖星提供了一種可能的形成通道。

　　該成果受到了中國科學院西部之光交叉團隊專項以及國家自然科學基金的支持。

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　　論文鏈接

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　　王博研究員等人于2021年發(fā)表的與極致密X射線雙星相關的文章，請參考：

　　Wang B., Chen W., Liu D. et al, Ultracompact X-ray binaries with He star companions,?2021, MNRAS, 506, 4654

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圖1.毫秒脈沖星的脈沖輻射蒸發(fā)伴星示意圖（圖片來源：https://svs.gsfc.nasa.gov/11215）

圖2.觀測樣本和理論模擬的對比，其中在區(qū)域(B)中的深黑色樣本是極低伴星質量黑寡婦脈沖星。五角星代表伴星質量減小到十萬分之一倍太陽質量的時刻