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LAMOST助力发现一颗长轨道周期的红背蜘蛛脉冲星候选体
时间 : 2024-01-23     

近期,北京大学研究团队与中国科学院国家天文台、云南天文台的研究团队合作,利用郭守敬望远镜(LAMOST)光谱数据,并结合Fermi、Gaia以及TESS等国际上多个望远镜的数据,在双星系统中发现了一颗长轨道周期的红背蜘蛛脉冲星候选体。考虑到该系统较低的空间速度以及较长的轨道周期,研究团队推测这颗毫秒脉冲星可能是通过白矮星吸积诱导坍缩(AIC)形成,而不是通过经典的“再加速”理论形成。这对深刻理解毫秒脉冲星的形成机制具有重要的科学意义。研究成果发表于《天体物理学报通信》(2024,ApJL,960,L5)。北京大学林杰博士生为论文第一作者、徐仁新教授为论文通讯作者。 

 被誉为“宇宙灯塔”的脉冲星,是宇宙中精确的时钟。其中每秒旋转数百次的脉冲星被称为毫秒脉冲星。蜘蛛脉冲星(spider pulsar)是指与非简并或弱简并伴星组成的双星系统中的毫秒脉冲星。根据伴星质量的不同,蜘蛛脉冲星分为红背脉冲星和黑寡妇脉冲星两种类型。前者的伴星质量大于0.1个太阳质量,而后者的伴星质量远小于0.1个太阳质量。由于伴星受到脉冲星星风或者与伴星星风相互作用产生的高能光子的轰击,伴星朝向毫秒脉冲星的一面会被加热导致“白天”,而背向的一面则是“夜晚”。蜘蛛脉冲星在理解毫秒脉冲星的形成、双星演化以及限制中子星物态方程等方面具有重要意义。  

依据LAMOST以及Gaia提供的位置信息,该单线光谱的双星位于Fermi伽马射线源4FGL J1318.2+6754位置的误差范围内,因此该伽马射线源有可能是双星系统的对应体。基于蜘蛛脉冲星具有伽马射线辐射的特征,推测该双星系统可能包含蜘蛛脉冲星候选体。此外,TESS卫星获得的光变曲线亦表明该双星系统具有蜘蛛脉冲星典型的加热特征,进一步支持了该源包含蜘蛛脉冲星的可能。利用LAMOST光谱数据获得的视向速度数据和伴星的大气参数,验证了Gaia获取的视向速度并获得了这个蜘蛛脉冲星的质量约为1.3个太阳质量、伴星质量约为0.84个太阳质量,这进一步验证了该天体为包含红背蜘蛛脉冲星候选体的双星系统。

 
图 1蓝色“×”是Fermi源4FGL J1318.2+6754的最佳位置,红色实线和蓝色实线分别是4FGL J1318.2+6754位置的1 sigma和2 sigma范围内的椭圆误差。绿色“+”是LAMOST以及Gaia给出的单线光谱双星的空间位置。 
  
图 2 2019 TESS卫星获得的该单线光谱双星的光变曲线,其中红色实线是模型拟合的最佳结果。 

经典的“再加速”理论认为毫秒脉冲星是通过正常脉冲星吸积伴星物质使之自转加速形成的。由于这个候选体的洛希瓣半径远远大于伴星半径(填充因子仅为0.3),因此该系统中的毫秒脉冲星很难通过“再加速”形成。考虑到该系统较低的空间速度( 20.94km/s)、较长轨道周期( 4.13天)以及系统的偏心率( 0.05),研究团队推测这颗毫秒脉冲星可能是通过白矮星吸积诱导坍缩(AIC)形成,这为毫秒脉冲星可以通过AIC形成提供了重要的支持和证据。这类包含毫秒脉冲星的双星系统为我们研究星风相互作用、双星演化乃至测量中子星质量等提供了重要的场所。 

论文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad1580