【原】發(fā)現(xiàn)黑寡婦脈沖星！摧殘自己的伴星，還向宇宙釋放高能伽馬射線

姿勢(shì)分子_ 2021-03-22

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我們總說(shuō)，地球的大氣層之外是一片真空。實(shí)際上，在這個(gè)被稱作太空的宇宙空間內(nèi)，其實(shí)充斥著各種輻射，其中伽馬射線以其強(qiáng)大的能量，備受科學(xué)家的關(guān)注。

在最近大約20年的時(shí)間里，科學(xué)家一直在嘗試尋找這些伽馬射線源，其中有一些取得了預(yù)期的成果，但有一個(gè)射線源仍然蒙著神秘的面紗。它是銀河系中最明亮的伽馬射線源之一，被認(rèn)為來(lái)自于距離地球2470光年的一個(gè)雙星系統(tǒng)中。然而，實(shí)際的觀測(cè)中，科學(xué)家卻只找到一顆恒星。

最晚在2009年的時(shí)候，科學(xué)家就認(rèn)定了這個(gè)伽馬射線源是一顆脈沖星。在2014年的時(shí)候，在利用X射線和可見(jiàn)光波段對(duì)這里進(jìn)行探測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一顆周期為75分鐘的變星?？茖W(xué)家當(dāng)時(shí)相信，這顆恒星的75分鐘周期，一定與那個(gè)釋放出伽馬射線的中子星及這顆恒星的軌道周期相一致。

但是，盡管充滿了信心，可正如英國(guó)曼徹斯特大學(xué)喬德雷爾銀行天體物理學(xué)中心的天文學(xué)家Colin Clark所說(shuō)的那樣：“到目前為止，所有在這里尋找中子星的研究都無(wú)功而返?！?/span>

我們知道，脈沖星是中子星的一種，擁有著極高的自轉(zhuǎn)速度，并且周期極其穩(wěn)定。在自轉(zhuǎn)的同時(shí)，它還會(huì)從兩極釋放出脈沖輻射，因此脈沖星又被稱為宇宙中的燈塔。

想要找到這顆脈沖星，科學(xué)家就必須找到與它自轉(zhuǎn)相一致的脈沖信號(hào)。在多年以來(lái)，這都是科學(xué)家們所無(wú)法解決的問(wèn)題。為此，他們選擇了采用公民科學(xué)計(jì)劃"愛(ài)因斯坦@家 "，利用其中數(shù)萬(wàn)名公民科學(xué)家的計(jì)算機(jī)，對(duì)這顆隱藏的脈沖星進(jìn)行搜索。

其實(shí)，類似的項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行很多了，其中最著名的就是尋找地外生命的SETi。雖然人類的天文觀測(cè)設(shè)備發(fā)展得越來(lái)越快，從宇宙中獲得了海量的數(shù)據(jù)，但是這個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)超出了科學(xué)家的計(jì)算機(jī)所能承受的范圍。因此，他們經(jīng)常會(huì)公布一些公民科學(xué)家計(jì)劃，任何感興趣的普通民眾都可以下載官方軟件，只需要簡(jiǎn)單的操作，就可以在自己電腦有余力的時(shí)候自動(dòng)運(yùn)行程序，幫助科學(xué)家完成科研。如果有一萬(wàn)人參加，那就相當(dāng)于將科學(xué)家的計(jì)算機(jī)提升了幾千甚至一萬(wàn)倍。

在這個(gè)項(xiàng)目中，科學(xué)家將NASA費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡上的廣域空間望遠(yuǎn)鏡(LAT)在2008-2018長(zhǎng)達(dá)10年的時(shí)間內(nèi)所觀測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳，供公民科學(xué)家分析。果然，科學(xué)家們花了幾年時(shí)間都沒(méi)有找到的天體，公民科學(xué)家僅僅用了兩周就解決了。歷盡千辛萬(wàn)苦，人類終于找到了這顆被預(yù)言的脈沖星，科學(xué)家將其命名為PSR J1653-0158。

不過(guò)，有一點(diǎn)還是非常值得注意的，那就是這顆脈沖星的自轉(zhuǎn)速度。作為毫秒脈沖星的典型代表，自轉(zhuǎn)周期僅有幾毫秒也是正常的。但是，觀測(cè)結(jié)果表明，它僅僅1秒之內(nèi)就能轉(zhuǎn)500圈，也就是說(shuō)，自轉(zhuǎn)周期僅有2毫秒，這個(gè)數(shù)據(jù)還是打破了人類歷史上發(fā)現(xiàn)過(guò)最快脈沖星的紀(jì)錄。

與此同時(shí)，它的磁場(chǎng)也很值得一提，因?yàn)樗浅Ｈ?，在人類迄今為止發(fā)現(xiàn)所有脈沖星中排名倒數(shù)第三。

還有一點(diǎn)，那就是它的伴星實(shí)在太小了?？茖W(xué)家認(rèn)為，這顆伴星很可能是一顆被脈沖星摧殘的氦白矮星，只留下了一個(gè)殘骸。由于這樣的雙星系統(tǒng)就像是黑寡婦蜘蛛一樣由一方殘殺另一方，因此科學(xué)家又稱之為黑寡婦雙星、黑寡婦脈沖星。

研究表明，這顆脈沖星的質(zhì)量大約是太陽(yáng)的2倍，而它的伴星雖然密度極高，是鉛的6倍，但體積極小，所以質(zhì)量只有太陽(yáng)的1%左右。該研究團(tuán)隊(duì)形容說(shuō)，這對(duì)雙星系統(tǒng)就是銀河系中“超重質(zhì)量和蒼蠅級(jí)別質(zhì)量”天體的交誼舞。二者的公轉(zhuǎn)周期只有75分鐘，這也是已知同類雙星系統(tǒng)中最近的一對(duì)。

（圖片說(shuō)明：該雙星提供兩大天體之間的距離和地月距離對(duì)比示意圖）

德國(guó)漢諾威的阿爾伯特·愛(ài)因斯坦研究所天文學(xué)家Lars Nieder介紹說(shuō)：“在距離脈沖星僅有1.3倍地月距離的位置上，這顆白矮星的殘骸以每秒700多公里的速度，僅用75分鐘就能繞脈沖星公轉(zhuǎn)一圈。這個(gè)與眾不同的'二重奏’最初可能是一對(duì)非常接近的雙星系統(tǒng)，伴星的物質(zhì)逐漸落入中子星，增加了它的質(zhì)量，也使得它自轉(zhuǎn)的速度越來(lái)越快，同時(shí)削弱了它的磁場(chǎng)。”

如果事實(shí)真是這樣的，那么根據(jù)理論分析可知，被摧殘的白矮星將會(huì)產(chǎn)生出巨大的物質(zhì)云。Clark介紹說(shuō)：“脈沖星用它的輻射和高能粒子形成的恒星風(fēng)，將它同伴的物質(zhì)蒸發(fā)，使得這個(gè)恒星系統(tǒng)充滿了無(wú)線電波無(wú)法穿透的等離子體?！币虼?，即使PSR J1653-0158能夠發(fā)射無(wú)線電波，它也會(huì)被物質(zhì)云吸收，無(wú)法被我們觀測(cè)到。

事實(shí)證明的確如此，PSR J1653-0158是迄今為止人類發(fā)現(xiàn)的第二顆檢測(cè)不到無(wú)線電波的脈沖星。

當(dāng)然，除了關(guān)于這個(gè)黑寡婦雙星系統(tǒng)的各個(gè)特性之外，還有一點(diǎn)非常值得興奮，那就是Einstein@Home這樣的工具。利用這些工具，我們可以更加廣泛地召集公民科學(xué)家參與到科學(xué)研究中來(lái)，幫助科學(xué)家取得更多突破性發(fā)現(xiàn)。

漢諾威馬克斯·普朗克引力物理研究所的天文學(xué)家Bruce Allen是Einstein@Home的主任和創(chuàng)始人，他指出：“在費(fèi)米衛(wèi)星觀測(cè)到的伽馬射線源名錄中，還有幾十個(gè)伽馬射線源，我敢打賭，其中肯定有脈沖雙星。不過(guò)，迄今為止，還沒(méi)有人能夠探測(cè)到它們的伽馬射線所產(chǎn)生的脈沖特征。在Einstein@Home的幫助下，我們有望實(shí)現(xiàn)這個(gè)突破。誰(shuí)知道呢，沒(méi)準(zhǔn)還有更加振奮的驚喜在等著我們。”

隨著人類觀測(cè)設(shè)備越來(lái)越強(qiáng)，科學(xué)家可能會(huì)越來(lái)越多地需要公眾參與到這樣的科研任務(wù)中，我們也希望能夠參與到這樣的項(xiàng)目中來(lái)，共同幫助人類科技進(jìn)步。人類的科技已經(jīng)走到了關(guān)鍵時(shí)期，我們?cè)絹?lái)越需要更多的人合作和努力。我們的科技能走多遠(yuǎn)，將在很大程度上，取決于人類有多團(tuán)結(jié)。