在浩瀚宇宙中，存在一類特殊的脈沖星——蜘蛛脈沖星，它們因其獨特的“掠食”行為而得名——像某些蜘蛛一樣，“蠶食”著與它們緊密相伴的伴星。當觀察者借助射電望遠鏡進行觀測時，常常會發(fā)現(xiàn)其伴星被蒸發(fā)出的等離子體云遮擋住來自脈沖星的射電脈沖信號，這種現(xiàn)象類似于日食或月食的發(fā)生情況，所以這一過程也被稱作掩食。
近日，來自中國科學院新疆天文臺的研究人員利用500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）進行高靈敏度觀測研究，捕捉到3顆蜘蛛脈沖星掩食過程的磁場變化，為進一步揭示研究脈沖星演化及毫秒脈沖星形成提供了重要線索。研究成果于近日發(fā)表在《皇家天文學會月刊》。
掩食現(xiàn)象
蜘蛛脈沖星是一種毫秒脈沖星，最初常以雙星形式呈現(xiàn)。當一顆伴星與主星相互繞轉時，伴星及其周邊物質可能遮擋主星的輻射，導致在某些特定的雙星軌道相位，射電望遠鏡探測不到主星的脈沖信號，產(chǎn)生類似于日食的掩食現(xiàn)象。有意思的是，主星輻射及高能粒子流會慢慢地蒸發(fā)掉伴星，直至伴星消失，感覺好像一顆星被另一顆星逐漸“吞噬”。由于這種現(xiàn)象類似黑寡婦和紅背等品種的毒蜘蛛交配完成后雌性會將雄性吃掉的行為，因此這類脈沖星被天文學家命名為“蜘蛛”，并根據(jù)伴星質量的大小將這類脈沖星分別命名為黑寡婦脈沖星和紅背脈沖星。
1988年，首顆蜘蛛脈沖星被發(fā)現(xiàn)，到目前為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過100顆。但因觀測靈敏度的限制，科學家對蜘蛛脈沖星掩食介質性質的研究主要集中在少數(shù)幾個樣本上，這在一定程度上制約了相關領域的進展。
揭秘過程
研究人員利用FAST，通過測量線偏振位置角的變化，成功測量出3顆蜘蛛脈沖星（PSRs B1957+20，J2055+3829，J1544+4937）掩食介質的磁場強度。“射電望遠鏡觀測對于蜘蛛脈沖星具有特殊的價值，可以測量蜘蛛脈沖星掩食附近法拉第旋轉量的變化，推算掩食介質的磁場，從而促進掩食機制和電磁波在磁等離子體中傳播性質的理解?！闭撐牡谝蛔髡?、中國科學院天文臺特別研究助理王雙強告訴《中國科學報》。
在此次研究中，研究人員針對蜘蛛脈沖星掩食附近法拉第旋轉量進行測量，通過研究掩食附近法拉第旋轉量的變化，發(fā)現(xiàn)掩食介質中磁場存在反轉現(xiàn)象。王雙強表示：“這表明掩食介質磁場的結構非常復雜。”由于測量到磁場的大小介于幾十到幾百毫高斯之間。經(jīng)過理論計算，研究人員認為這樣弱小的磁場不足以通過回旋吸收機制導致掩食效應，因此可以排除回旋吸收的掩食機制。
研究人員還通過對掩食附近色散量變化的分析推算出的伴星質量損失率，認為部分蜘蛛脈沖星在哈勃時間尺度內仍可能演化成孤立的毫秒脈沖星。“失去伴星的蜘蛛脈沖星也失去了這個名字，成為孤立毫秒脈沖星。”王雙強解釋道，“在目前發(fā)現(xiàn)的毫秒脈沖星中，孤立毫秒脈沖星大約占30%左右，但其來源一直沒有完全清楚，蜘蛛脈沖星的蒸發(fā)可能是孤立毫秒脈沖星形成的來源之一。”
擴充樣本庫
由于蜘蛛脈沖星輻射非常微弱，大部分望遠鏡無法探測到掩食附近輻射變化的細節(jié)?！凹幢闶菗碛惺澜缟献罡叩撵`敏度的FAST，仍然無法探測到大部分蜘蛛脈沖星掩食附近的細節(jié)，只能研究一些相對比較亮的蜘蛛脈沖星，我們文章中研究的樣本即是這些較亮的蜘蛛脈沖星。”王雙強說。在這項研究之前，僅有3顆蜘蛛脈沖星被直接測量到了掩食介質的磁場，這項研究顯著擴充了現(xiàn)有樣本庫。
接下來，研究人員將繼續(xù)對蜘蛛脈沖星開展大樣本研究，普查FAST可觀測的所有蜘蛛脈沖星，并進行進一步觀測，研究其統(tǒng)計性質，希望促進蜘蛛脈沖星的理解。
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/mnras/staf990
本文鏈接：新疆天文臺揭示蜘蛛脈沖星掩食之謎http://www.sq15.cn/show-11-24147-0.html
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