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宇宙级“追星”!厦大科研团队重要发现!
发布时间:2022年10月31日 来源:宣传部

寻找一颗星星需要多久?如果它恰好又是“安静”的存在呢?

近日,厦大物理科学与技术学院的顾为民教授研究团队及其合作者们经过4年多的探索,发现了一个处于宁静态的中子星候选体与红矮星组成的双星系统,该研究成果发表于《自然·天文》上。

安静的星星

中子星不仅记录了大质量恒星的质量分布、演化历史、银河系金属增丰等关键信息,还可能与地球上的黄金等重金属的来源息息相关。但由于距离太远,要想从宇宙中把它们找出来可没那么容易。

一直以来,天文学家们通过射电、X射线、伽马射线或者引力波等信号来搜寻探测中子星。这些技术能够运用的前提是,目标中子星本身就能发出被识别的“信号”。

但有一类中子星,它是“安静”的存在——既没有向地球发射射电脉冲,也没有吸积物质产生高能辐射,现有的技术手段无法直接探测到它。

这样安静的星星,要如何从浩瀚星海中找到它呢?

它的朋友会“出卖”它。

△包含一个致密天体和一个明亮的恒星的单线谱双星系统 图片作者:伊团

一个明亮的恒星和一个不可见的天体,可以组成一类特殊的双星系统“单线谱双星”。由于明亮的恒星在看不见天体(如中子星)的引力场中做周期性运动,其恒星光谱吸收线呈现周期性多普勒移动。根据光谱的多普勒移动,就可以计算双星的动力学并推测不可见星体的属性了。

研究团队正是利用这种方法,发现了一个处于宁静态的中子星候选体与红矮星组成的双星系统。9月22日,该研究成果以“A dynamically discovered and characterized non-accreting neutron star - M dwarf binary candidate”为题,发表于《自然·天文》(Nature Astronomy)。论文第一作者为天博平台官网天文学系博士后伊团,三位共同通讯作者为天博平台官网天文学系教授顾为民、副教授孙谋远和中科院国家天文台研究员刘继峰。

“这是继2019年认证一颗宁静状态的恒星级黑洞后,LAMOST黑洞猎手团队在探寻致密天体领域取得的又一项重要成果。”刘继峰说。

“淘金”的“黑洞猎手”

这项研究的起源,与一个特殊的计划有关——“LAMOST黑洞猎手计划”。

△“LAMOST黑洞猎手计划”天博平台官网主要成员。从左至右依次为:伊团博士后、武剑锋教授、顾为民教授、王俊峰教授、孙谋远副教授和张志翔博士后

该计划由刘继峰在2019年发起,团队由中科院国家天文台、中科院上海天文台、天博平台官网、南京大学、武汉大学等跨院校研究组的数十位成员组成。他们的目标,是基于我国LAMOST望远镜(又称郭守敬望远镜)的时域巡天数据,发现并测量更多的黑洞、中子星等致密天体。

坐落在河北兴隆的郭守敬望远镜,是我国自主研发的主动反射式施密特望远镜,具有领先世界的恒星光谱获取率和大规模时域巡天的优势。它所发布的约2000万条恒星光谱数据,是国际上所有其他光学巡天项目发布恒星光谱数据总和的两倍。

△郭守敬望远镜。图源:LAMOST官网

这样量级的望远镜,它所观测到的信息并非肉眼就可以看到的图像,而是海量的数据。天文学家们要做的,正是解读这些海量的数据,从中挖掘“有趣的东西”。

这个过程有点像淘金,只有不断地重复筛选,才能得到他们期待的“金子”。2018年,顾为民团队与刘继峰团队合作,以3000多个可能包含致密天体的单线谱双星为目标,开启了他们的“淘金”之旅。

数不清的深夜里,团队成员们都守在电脑前,耐心地,与这些海量的数据对话。“可能是因为天博体育注册官方网站下载天文系只有晚上才能观测到星星,所以天博体育注册官方网站下载都有点‘夜猫子’习惯。”论文第一作者伊团笑着说道。

3000,或许在数千万量级的数据库面前不值一提,但它还是太多了。如何利用有限的数据,进一步缩小目标范围?

为此,顾为民提出了一个全新的方法——利用相邻两次曝光的视向速度变化率,结合时域测光得到的光变曲线所暗含的轨道周期信息,来获取单线谱双星中不可见伴星的质量下限。该方法在将研究目标缩小至10余个的同时,还为发现一批致密天体候选源奠定了基础。

△顾为民在帕洛玛天文台开展观测工作

多看星星几眼

不过,这几个“潜力股”,仅有2至5次连续曝光的光谱。这意味着,仅凭这些数据难以给出一个科学可信的结论。

要想扩充数据量,就得增加观测,也就是“多看它几眼”。

然而,大型天文望远镜的使用时间很难获取。使用前需要填表申请,与其他科研团队“竞标”观测时间。在经过了半年多的等待后,他们终于等来了一个机会。

2019年3月,天博平台官网顾为民教授和王俊峰教授前往美国,利用帕洛玛天文台的海尔5米望远镜对筛选出来、且适宜在3月份观测的数个双星系统进行了时域光谱观测。但留给他们观测的时间,只有两个晚上。

△顾为民(左)和王俊峰(右)在帕洛玛天文台

更焦灼的是,那段时间,帕洛马山连续下了多日大雪,直到他们观测的第一天晚上,大雪仍未停止。雨雪天气的空气湿度过大,在这种条件下,天文台望远镜无法正常使用。也就是说,苦等了半年的机会,也许就要打水漂了。

幸运的是,第二天天一亮,雪就停了。激动万分的两人决定临时更改观测计划,“‘长跑’和‘短跑’的跑法是不一样的。因为只有一个晚上的观测时间,天博体育注册官方网站下载很快决定要把观测的重点放在一个轨道周期短的目标上。”

最终,观测得以顺利完成。而他们重点观测的这位“短跑能手”,正是后来发现的那颗致密天体。

“这也算是一种‘因祸得福’吧!”回忆起当时的情景,顾为民仍难掩喜悦。

△天亮了,观测结束后的研究人员离开天文台

而后,为了更准确地限定该致密天体的质量,孙谋远提出,可以借助于凌星系外行星巡天卫星(TESS)提供的高精度测光数据。利用“空间”和“地面”望远镜的联合测量,研究团队得出了结论,该致密天体的质量约为1.24倍太阳质量。因此,该致密天体可能是中子星或极大质量白矮星。

至此,这颗安静的星星,终于被揭开层层面纱,露出了真容。

谈及这项研究,顾为民首先想到的词是“合作”。从观测到理论分析,从数据筛选到处理分析,朝真理靠近的每一步,都离不开多个科研团队的群策群力。

浩瀚无垠的宇宙,总能给予人们无尽的想象。生命是如何起源的?宇宙的尽头在哪里?……还有无数的奥秘等待天博体育注册官方网站下载揭晓。而此刻,星空下,天文工作者们仍在向远方眺望。

他们凝视着科学的宇宙,只为寻找一颗安静的星星。

(宣传部 曾文萃)

【责任编辑:曾文萃】
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