科幻小说里的“三体”世界,在真实宇宙中也能找到。“中国天眼”(FAST)发现的一个脉冲星系统,被中欧天文学家证实由三颗天体组成,是确凿无疑的脉冲星三体,而且仍在演化。这是人类发现的首例仍处于演化阶段的原生三体系统,也是第二例被确认的脉冲星三体系统。相关研究成果9日发表于《天体物理学杂志快报》。
脉冲星是大质量恒星爆炸后留下的残骸,能像灯塔一样规律地发出脉冲,是自然界最精准的时钟之一。这次发现的脉冲星编号为J0435+3233,自转极快,周期仅3.2毫秒,相当于每秒转约312圈。更重要的是,它和一颗白矮星互相绕转,约8天转一圈,轨道接近圆形。
奇怪的是,这颗脉冲星的自转周期每年增加1纳秒,变化幅度比同类脉冲星高出两个量级。“对脉冲星这种‘宇宙时钟’来说,这就像一块本该极准的表,突然越走越慢,而且慢得有点离谱。”论文通讯作者、中国科学院国家天文台研究员韩金林说。
为此,韩金林联合国内五家单位展开了进一步探索。他们把FAST的射电数据和国外多家望远镜的光学、红外、伽马射线观测数据拼在一起,最终精准锁定了这颗脉冲星的光学伴星,证实这个系统里不是只有两颗天体,而是三颗。
第三颗星是一颗质量与太阳几乎相同的恒星,而且还在正常演化。它以73.5年为周期,沿着一个比较扁的椭圆轨道,绕着脉冲星和白矮星组成的双星系统转。正是它的引力拉扯,让脉冲星的自转周期出现了异常增大。
科学家推测,这三颗星可能诞生于同一片云团,是原生“三胞胎”。其中,老大刚出生时质量约为太阳的20倍,后来爆炸死亡,留下现在的脉冲星;老二初始质量为数倍太阳质量,也死亡了,变成白矮星;老三只有约1倍太阳质量,离两位“哥哥”较远,没被早期超新星爆炸波及,如今仍平稳演化。未来,它也会熄灭,这个系统将变成一颗脉冲星加两颗白矮星。
“此前,人类发现的唯一脉冲星三星系统,由一颗脉冲星和两颗白矮星组成,三颗星都已走到演化终点。而这次发现的三体系统,第三颗星还活着,因此格外珍贵。”韩金林说。
与此同时,德国、荷兰、法国、英国科学家组成的欧洲团队也独立分析类似数据,得到同样结论。中国团队因充分考虑三星之间的引力作用和相对论效应,确定的三体轨道参数精度比欧洲团队好一个量级,并结合FAST和费米卫星的数据精确测定了三颗天体的质量。
韩金林表示,这个脉冲星三体系统具有清晰而显著的三体引力交互效应,是验证强等效原理等基础引力理论的天然观测平台,为研究三星系统演化提供了珍贵样本。
(图片由中国科学院国际合作局出品)
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