它

中子星“隱士”

大質量恒星

生命周期結束后

核心留下的

致密天體

在浩瀚的宇宙中，有一種一直被忽視的神秘天體——中子星。從學名上說，中子星是質量為8至25倍太陽質量的恒星結束其生命周期后核心留下的致密天體，中子星星族記錄了大質量恒星的質量分布、演化歷史、銀河系金屬增豐等關鍵信息，例如，有人認為，地球上的黃金有可能由中子星的碰撞產生。依據恒星演化理論，銀河系中存在數十億顆中子星。

在天體中，中子星是個小不點，它的直徑一般只有二十公里左右，但它卻擁有 “恐怖的密度”——一立方厘米的中子星就能達到上億噸，等價于整個喜馬拉雅山的質量。

隨著科學技術的發展，天文學家們對于中子星的探究也如火如荼地開展著，他們希望通過中子星的演化來探究宇宙當中更深層次的問題——黑洞的來源，以及物質的極限壓縮狀態……

寧靜態中子星

隱身宇宙

難以被探測

天文學家利用各種不同的方法來搜尋發現中子星。其中包括：高速旋轉的中子星產生脈沖信號，被天文學家通過射電望遠鏡觀測到（射電脈沖星）；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，天文學家靠“看”來找到中子星；雙中子星或黑洞中子星雙星并合會發出引力波，天文學家靠“聽”來找到它們。

但是，還有一些中子星是處于寧靜態，既探測不到脈沖信號又沒有發出X射線。這些宇宙中難以發現的、深藏不露的神秘天體，一直以來都是天文學家研究的熱點和難點。

它

紅矮星“伴舞”

紅矮星被中子星強大的潮汐力拉扯成了水滴形狀，圍繞中子星公轉，而隨著這一公轉過程，其在觀測者視線方向的投影面積也會發生周期性變化，導致了亮度也發生周期性變化，形成了獨特的橢圓調制現象。

“LAMOST黑洞獵手計劃” 廈門大學主要成員探討課題。

中子星和紅矮星伴星組成雙星系統，每6．6個小時就會相互繞轉一周，猶如在銀河系中共舞的一對舞伴。

廈門日報訊（記者 佘崢 通訊員 曾文萃 圖／廈大物理科學與技術學院 提供）廈大物理科學與技術學院顧為民教授研究團隊及其合作者們，采用全新方法，在距離地球約1037光年的銀河系中發現了一顆特殊的寧靜狀態中子星。這顆深藏不露的中子星是被它的“舞伴”出賣的——它有顆大約為0．6倍太陽質量的紅矮星的伴星，兩個天體組成一個雙星系統，每6．6個小時就會相互繞轉一周，猶如在銀河系中共舞的一對舞伴。

相關研究成果近日在線發表于《自然·天文》雜志。論文第一作者為廈門大學天文學系伊團博士，三位共同通訊作者為廈門大學天文學系教授顧為民、副教授孫謀遠和中科院國家天文臺研究員劉繼峰。

此間評論認為，顧為民團隊的研究成果打破了依賴于探測脈沖信號、X射線等來搜尋中子星這類致密天體的觀測限制，為發現處于雙星系統中的寧靜態致密天體開創了新途徑。

“LAMOST黑洞獵手計劃” 大海撈針尋找隱身中子星

顧為民團隊的研究成果就是找到發現寧靜態中子星的全新方法。而他們的研究，要從“LAMOST黑洞獵手計劃”說起。

“LAMOST黑洞獵手計劃”是基于我國LAMOST望遠鏡（又稱郭守敬望遠鏡）的時域巡天數據，去發現并測量更多的黑洞、中子星等致密天體。該計劃由劉繼峰在2019年發起，數十位“獵手”來自中科院國家天文臺、中科院上海天文臺、廈門大學、南京大學、武漢大學等單位。

坐落在河北興隆的郭守敬望遠鏡，是我國自主研發的主動反射式施密特望遠鏡，具有領先世界的恒星光譜獲取率和大規模時域巡天的優勢。它所發布的約2000萬條恒星光譜數據，是國際上所有其他光學巡天項目發布恒星光譜數據總和的兩倍。作為“獵手”的天文學家們要做的，正是解讀這些海量的數據，從中挖掘“有趣的東西”。

顧為民說，在宇宙中搜尋這些寧靜態的中子星或者黑洞，如同“大海撈針”。2018年，顧為民團隊與劉繼峰團隊合作，開啟利用LAMOST時域巡天數據，開展黑洞和中子星等致密天體搜尋的“大海撈針”之旅。

從3000多個到10余個 利用全新方法縮小搜索范圍

在“獵手”們“大海撈針”前，要說說雙星系統中隱身的致密天體。50年前，美國加州理工大學的Virginia Trimble和Kip Thorne（2017年諾貝爾物理學獎獲得者）提出通過跟蹤觀測單線譜雙星的光譜，來搜尋“塌縮星”（collapsed star；即黑洞）和中子星，即一個明亮的恒星和一個不可見的天體，可以組成一類特殊的雙星系統“單線譜雙星”。由于明亮的恒星在不可見天體（如寧靜態中子星）的引力場中做周期性運動，其恒星光譜吸收線呈現周期性多普勒移動。根據光譜的多普勒移動，就可以計算雙星的動力學并推測不可見天體的屬性了。

顧為民團隊研究的出發點正是從郭守敬望遠鏡工作團隊得到的3000多個可能包含致密天體的單線譜雙星。但是，3000還是太多了，如何利用有限的數據，進一步縮小目標范圍？

顧為民提出了全新方法——利用相鄰兩次曝光的視向速度變化率，結合時域測光得到的光變曲線所暗含的軌道周期信息，來獲取單線譜雙星中不可見天體的質量下限。這個方法在將研究目標縮小至10余個的同時，還為發現一批致密天體候選源奠定了基礎。

中子星被紅矮星“出賣” 科研團隊再現獨特雙星系統

在此基礎上，研究人員發現了一個光譜不同于單星的特殊雙星系統?！霸撾p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?！闭撐牡谝蛔髡咭翀F博士介紹。

不過當時LAMOST望遠鏡對這個候選體只有3次連續曝光的光譜，難以給出一個科學可信的結論。

研究團隊又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，從而確認該雙星系統的致密天體是一顆質量約為太陽1．2倍的中子星。借助歐洲航天局的蓋亞望遠鏡（Gaia）數據進行測距后，研究人員發現這個雙星系統距離地球非常近，和地球相距大約1037光年。

伊團介紹說，該雙星系統存在一種獨特的現象——橢圓調制現象。因為中子星和它的“舞伴”紅矮星相互距離比較近，中子星強大的潮汐力將紅矮星拉扯成了水滴一樣的形狀。隨著紅矮星圍繞中子星公轉，其在觀測者視線方向的投影面積也會周期性發生變化，導致了亮度發生周期性變化（橢圓調制現象）。正是因為解析了紅矮星繞轉中子星的視向速度變化，結合這種神秘的亮度變化，研究者得以深入重構系統的物理圖像。

換句話說，這顆中子星是被它的舞伴“出賣”了。

更重要的是，該雙星系統的中子星并沒有在吸積紅矮星上的物質，周圍也沒有吸積盤的存在，因此無法探測到明亮的X射線。研究團隊利用“中國天眼”（FAST）對其進行了一個小時的射電觀測，同樣也沒有觀測到這顆中子星的脈沖信號。

這些都說明，這是一顆寧靜態中子星，利用傳統方法難以被發現。這是首例利用時域光學觀測發現的中子星候選體。它的意義在于發現顯示了使用時域光學觀測來發現非吸積和無脈沖信號的寧靜態中子星的可行性，為搜尋中子星打開了一扇新的窗口。