“黑洞獵手”利用郭守敬望遠鏡發現寧靜態中子星

9月23日，記者從中國科學院國家天文臺獲悉，基于國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）時域巡天數據，LAMOST黑洞獵手計劃研究團隊發現了一顆距離地球大約1037光年、處于雙星系統中的寧靜態中子星。相關研究成果發表于《自然—天文》。

該中子星雙星系統的藝術圖，藍色為中子星，紅色的是其伴星紅矮星（繪制：喻京川）

中子星是大質量恒星演化到生命末期，發生劇烈的超新星爆炸后，在中心形成的密度極高的天體，它與白矮星、黑洞一起成為不同質量恒星演化到最后的三種終結產物。

1967年，科學家發現了第一顆脈沖星，它后續被證實為一顆快速自傳的中子星，這個發現讓中子星從一個理論猜想變成了一個可被實際觀測的真實天體。

論文共同通訊作者、中科院國家天文臺研究員劉繼峰介紹，一般來說，搜尋中子星有三種方式：通過搜尋高速旋轉的中子星產生的脈沖信號來捕獲中子星；通過觀測雙星系統中致密天體吸積伴星的氣體物質形成吸積盤，發出明亮的X射線來找到中子星；或者通過探測雙中子星并合發出的引力波發現中子星。

但有一些寧靜態中子星與寧靜態黑洞，既探測不到脈沖信號又沒有發出X射線，如何找到合適的方法發現這些寧靜的中子星或黑洞，是天文學家研究致密天體家族及其物理性質的關鍵。

研究團隊在利用LAMOST時域巡天數據開展黑洞和中子星等致密天體搜尋計劃時，通過視向速度監測方法發現了一個光譜不同于單星的特殊雙星系統。該雙星系統由一顆0.6倍太陽質量的紅矮星和一顆未被望遠鏡探測到的不可見天體組成，這個不可見天體極可能是一個致密星。

接著，研究團隊利用美國帕洛瑪天文臺的5米海爾望遠鏡進行后隨觀測，并結合美國凌日系外行星巡天衛星（TESS）的高精度測光觀測進行了進一步的分析和測定，認為該雙星系統的致密天體是一顆約1.2倍太陽質量的中子星。

“雙星系統中的可見紅矮星在中子星的引力拉扯下，大約每6.6小時繞行一周。有趣的是，中子星并沒有在吸積其伴星上的物質，因此無法探測到明亮的X射線，是一個當前處于寧靜態的中子星。”劉繼峰說。

隨后，研究團隊利用我國五百米口徑球面射電望遠鏡（FAST）對這顆中子星進行了一個小時的射電觀測，同樣也沒有觀測到中子星的脈沖信號。這說明該中子星的脈沖信號不存在或者非常微弱無法被探測到，也可能是脈沖輻射并未指向地球。

另外，研究團隊通過多波段的觀測數據獲知，該雙星系統中的紅矮星色球層活動比較活躍。由于中子星的強大潮汐力作用，作為其伴星的紅矮星被拉伸變形成為了水滴狀。該系統如同一顆閃耀的“紅寶石”默契地圍繞在安靜的中子星身邊，在一千光年之外的星際空間周而復始地上演著美麗的雙星之舞。

此次發現也是繼2019年利用視向速度監測方法證認一顆寧靜態恒星級黑洞之后，該團隊借助LAMOST巡天優勢在狩獵致密天體領域取得的又一項重要成果。

劉繼峰表示， LAMOST領先世界的光譜獲取率和大規模巡天的絕對優勢使得天文學家可以利用視向速度監測方法來發現寧靜的黑洞、中子星等致密天體，打破了依賴于探測脈沖信號、X射線等來搜尋致密天體的觀測限制，這種方法為發現處于寧靜態雙星系統中的致密天體開創了新的途徑。

“利用該方法，研究團隊有望發現更多中子星、黑洞等致密天體，構建具有統計顯著性的致密天體質量分布，從而揭開致密天體研究的系列基本問題謎團。”劉繼峰說。

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