揭秘宇宙殺手“黑寡婦”脈沖星 可將恒星活活蒸發(fā)

PSR J1311-4330脈沖星強(qiáng)大的輻射剝離伴星物質(zhì)的想象圖

美國宇航局費(fèi)米伽馬射線巡天圖像揭示該“黑寡婦”脈沖星的位置

    脈 沖星作為宇宙中神秘的天體之一，其形成于恒星爆炸后的致密天體，自轉(zhuǎn)速率達(dá)到了每秒數(shù)百轉(zhuǎn)，并向周圍宇宙空間釋放輻射束。但目前為止，科學(xué)家們只通過脈沖 星發(fā)射的射電波探測(cè)到它們的存在，但現(xiàn)在來自馬克斯 普朗克研究所引力物理學(xué)的專家獲得了該所射電天文學(xué)科學(xué)家的支持，由脈沖伽馬輻射通道發(fā)現(xiàn)了一顆毫秒級(jí)的脈沖星。早在1994年，天文學(xué)家在對(duì)半人馬座相 關(guān)課題進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)伽馬射線源，當(dāng)時(shí)懷疑這些高能輻射源于脈沖星。

    直到現(xiàn)在，普朗克研究所的引力物理學(xué)家揭開了這個(gè)謎團(tuán)，確定 高能輻射源來自毫秒級(jí)的伽馬射線脈沖星，并將其編號(hào)為PSR J1311-3430。普朗克引力物理研究所也被稱為阿爾伯特-愛因斯坦研究所，發(fā)現(xiàn)這顆奇特脈沖星的科學(xué)家就來自于此，采用的一種新的數(shù)據(jù)分析方法，因 為快速旋轉(zhuǎn)的脈沖星是極難被發(fā)現(xiàn)的。要確定伽馬射線脈沖星的位置，天文學(xué)家需要非常高的觀測(cè)精度，了解該天體的基本屬性，包括方位、自轉(zhuǎn)頻率以及考慮時(shí)間 效應(yīng)下的延推量。如果脈沖星處于雙星系統(tǒng)中，那么問題的分析就更加復(fù)雜了，至少需要確定三個(gè)額外的軌道參數(shù)。

    科學(xué)家已經(jīng)探測(cè)到 PSR J1311-3430脈沖星的伴星，來自脈沖星的強(qiáng)大射電波將伴星加熱，通過高靈敏的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡就可以發(fā)現(xiàn)它們的痕跡。因此，我們可以計(jì)算出脈沖星的部分 軌道參數(shù)以及位置信息等。根據(jù)該研究論文的第一作者霍爾格 普勒特斯（Holger Pletsch）介紹：“我們所開發(fā)的新觀測(cè)方法來自美國宇航局費(fèi)米伽馬射線探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)了在雙星系統(tǒng)中的伽馬射線毫秒級(jí)脈沖星，只有這種方法可使我們擴(kuò) 大探索范圍?！毙碌姆治龇椒ㄊ沟每茖W(xué)家首次探測(cè)到此類旋轉(zhuǎn)頻率很高的脈沖星。

    圖中顯示了美國宇航局費(fèi)米伽馬射線探測(cè)器在過去四年內(nèi) 繪制的伽馬射線巡天圖像，從銀河系坐標(biāo)200×100的天區(qū)中探測(cè)到較強(qiáng)的伽馬輻射，該天區(qū)目視大小接近月亮直徑。銀河系盤面的伽馬射線輻射可以看做是一 種水平帶狀輻射區(qū)，新發(fā)現(xiàn)的J1311-3430毫秒級(jí)脈沖星可清楚地顯示出強(qiáng)伽馬射線源。由此，科學(xué)家們?cè)诎柌?愛因斯坦研究所阿特拉斯計(jì)算機(jī)群上 分析了費(fèi)米伽馬射線探測(cè)器的數(shù)據(jù)，四年的巡天結(jié)果介入運(yùn)行分析后確認(rèn)了一個(gè)明顯的信號(hào)源，研究人員認(rèn)為看到這個(gè)結(jié)果是非常令人興奮的。

    PSR J1311-3430脈沖星的旋轉(zhuǎn)速率達(dá)到了每秒390轉(zhuǎn)，該過程中也發(fā)射伽馬射線光子束進(jìn)入太空，類似于一座“宇宙燈塔”，該脈沖星所發(fā)射的單個(gè)光子最 終被費(fèi)米探測(cè)器捕捉到。伽馬射線信號(hào)也揭示了另一顆伴星的存在，來自阿爾伯特-愛因斯坦研究所的主任布魯斯 艾倫（Bruce Allen）介紹：“雙星系統(tǒng)的軌道運(yùn)動(dòng)可以計(jì)算光子抵達(dá)的時(shí)間，并攜帶著該系統(tǒng)中另一顆伴星的信息。研究結(jié)果顯示，這顆伴星質(zhì)量至少是木星質(zhì)量的八倍， 但半徑卻只有百分之六十，是一個(gè)小而致密的天體。

    從該信息中，研究人員計(jì)算出伴星的密度，發(fā)現(xiàn)密度異常地高，大約是太陽密度的三十 倍左右。根據(jù)推測(cè)，伴星來自一顆恒星的致密殘骸，在很早以前就開始環(huán)繞著這顆毫秒級(jí)的脈沖星，隨著時(shí)間的推移，脈沖星從伴星那兒剝離了物質(zhì)并使自身的質(zhì)量 增加，從而加速其旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)伴星和脈沖星的軌道會(huì)越來越靠近。

    從目前的觀測(cè)上看，剩余的恒星致密核心主要氦元素組成，被來自脈 沖星的輻射所加熱，并逐漸“蒸發(fā)”殆盡。天文學(xué)家將此類脈沖星稱為“黑寡婦”脈沖星，如同黑寡婦蜘蛛那樣在與雄性蜘蛛交尾后吃掉對(duì)方。在遙遠(yuǎn)的將 來，PSR J1311-4330脈沖星可能完全將其伴星蒸發(fā)，最終獨(dú)自存在。此外，該“黑寡婦”脈沖星系統(tǒng)也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的相互距離最近的雙星系統(tǒng)之一，僅有 1.4倍地月距離。脈沖星的軌道速度達(dá)到每小時(shí)13,000公里，而伴星的質(zhì)量更輕也更快，速度為每小時(shí)280萬公里。（Everett）