中國天文學家發現脈衝雙星系統

中國科學院國家天文台博士研究生王琳、彭勃研究員，聯合曼徹斯特大學本傑明·斯塔珀斯（Benjamin W. Stappers）教授等人，利用五百米口徑球面射電望遠鏡對武仙座M13球狀星團展開脈衝星觀測研究，取得階段性成果。

從2017年12月至2019年9月，王琳等人先後使用五百米口徑球面射電望遠鏡超寬帶接收機觀測一次、多波束接收機觀測二十四次，累計時間約三十一小時。在M13中發現了一顆處於雙星系統中的毫秒脈衝星PSR J1641+3627F（M13F）。同時，認證了該星團中另一脈衝星M13E為掩食雙星，還獲得了M13現有脈衝星的國際最好計時結果。這是五百米口徑球面射電望遠鏡對球狀星團首次高靈敏度脈衝星搜尋與計時觀測成果，填補了對球狀星團M13中脈衝星性質及分佈研究的空白。

五百米口徑球面射電望遠鏡新發現的毫秒脈衝星亮度約為3 mJy kpc^2，顯示了五百米口徑球面射電望遠鏡探測暗弱脈衝星的能力。該星自轉週期為三毫秒，是M13中自轉第二快脈衝星。經過長時間計時觀測證認出，M13F處於雙星系統中，與一顆質量下限約為0.13倍太陽質量的白矮星互相繞轉，公轉週期為1.4天。

M13中已知六顆脈衝星中的四顆處於雙星系統，符合人們對於低密度球狀星團更有利於形成雙星系統的預測。此外，對這六顆脈衝星的計時研究，發現4個雙星系統軌道橢率均低於球狀星團脈衝星平均值，接近銀盤雙星系統橢率（如下圖）。這一計時結果表明，在類似M13的低密度球狀星團中，脈衝星的演化應該接近於銀盤脈衝星的演化過程（演化過程未經歷或極少次經歷恆星間相互作用）。未來需要五百米口徑球面射電望遠鏡對M13繼續進行長期計時觀測，以揭示低密度球狀星團中脈衝星的演化過程。

球狀星團由大量被重力束縛的恆星組成，大部分存在於銀暈，被認為是射電脈衝星尤其是毫秒脈衝星生產工廠。目前在約二十九個球狀星團中發現了一百五十六顆脈衝星，其中六成為毫秒脈衝星。球狀星團中心密集的恆星環境有利於誕生高速自轉脈衝星（如可能的亞毫秒脈衝星），以及未發現的奇異系統（如毫秒脈衝星與黑洞和毫秒脈衝星與毫秒脈衝星系統）。這些為研究廣義相對論和超高密度條件下物態提供了極端環境的天然實驗室。

【圖、文：節錄自中國科學院國家天文台2020年3月27日新聞公佈；新聞訊息由林景明提供】