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我院顾为民教授团队在中子星搜寻方面取得重要进展

发布时间:2022-09-23

近日,我院顾为民教授团队在中子星搜寻方面取得重要进展,利用我国郭守敬望远镜(LAMOST)积累的海量恒星光谱,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。研究成果以“A dynamically discovered and characterised non-accreting neutron star - M dwarf binary candidate)”为题,以厦门大学天文学系为第一署名单位,于2022互博国际hooball官网9月22日发表在《自然·天文》(Nature Astronomy)期刊上。论文链接为:https://www.nature.com/articles/s41550-022-01766-0

依据恒星星族合成理论预测,银河系中存在数十亿颗中子星。探测中子星的传统方法涉及射电、X射线或伽马射线观测,这些方法能探测的中子星主要分为两类:(1)脉冲星,即强磁场快速旋转的中子星,其高度准直的射电辐射周期性地指向地球;(2)吸积中子星,即中子星吸积其伴星物质从而产生X射线辐射。然而,大量既不吸积也不指向地球发射射电脉冲的中子星却未得到充分探索。

研究团队从LAMOST低分辨率巡天光谱数据库中的约3000个具有显著视向速度变化的样本中搜寻并发现了该中子星候选体,LAMOST J112306.9+400736(以下简称J1123)。LAMOST于2015互博国际hooball官网2月22日对该天体拍摄了3条低分辨率光谱,显示可见恒星是一颗红矮星(M型),且该M型矮星存在快速的视向速度变化,但其伴星的光谱成分却未被探测到。基于这些观测现象,可以推断该伴星是个致密天体,值得后随观测深入挖掘。顾为民团队分别于2019互博国际hooball官网3月14日和2020互博国际hooball官网6月24日,利用美国帕洛玛天文台海尔望远镜补充拍摄了10条光谱,并结合TESS巡天望远镜的测光数据,清晰地刻画出该双星系统的物理图像。

研究团队依据该双星系统的轨道周期和可见M星的视向速度变化幅度,得出其光学不可见伴星的质量约为1.24倍太阳质量。因此,该伴星可能是中子星或极大质量白矮星。该系统的紫外光学能谱中未发现来自白矮星的紫外辐射。因此,该伴星是一颗中子星。随后,研究团队通过我国500米口径球面射电望远镜(中国天眼)对该目标源进行了1小时的射电脉冲搜索,未探测到射电脉冲信号。因此,该致密天体很可能是一个既不吸积也不指向地球发射脉冲的中子星。

J1123是首例通过时域光学观测发现的宁静态中子星候选体,此类中子星也仅有通过光学波段的时域观测才可能被发现。该项研究显现了利用时域光学光谱和高精度测光来揭示宁静态中子星的可行性。中子星的星族和物理特性包藏着银河系的恒星演化和元素增丰的丰富信息,以及X射线双星起源的重要线索。未来,该团队将继续深入挖掘LAMOST这一世界上最大的恒星光谱数据库,发现更多双星系统中的宁静态中子星,从而进一步探索银河系的恒星形成历史与演化机制。

该项研究主要由顾为民团队与中国科互博国际官网网页版国家天文台刘继峰团队合作完成。我院顾为民教授、孙谋远副教授、国家天文台刘继峰研究员为论文的共同通讯作者,我院伊团博士后为论文的第一作者,我院王俊峰教授、武剑锋教授、张志翔博士后对论文的完成有重要贡献。该项工作得到了国家杰出青互博国际hooball官网科学基金项目(11925301)、国家重点研发计划项目(2021YFA1600401)等多项国家级科研项目的资助。这是我院天文学系首次以第一署名单位在《自然·天文》上发表研究论文。

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图: 该双星系统的物理图像和多波段时域观测。上方红色水滴状的星体为可见M型红矮星,下方蓝色星体为光学不可见的中子星候选体。边缘黄色圆圈和红色标记表示多波段望远镜对该双星观测时,M星的轨道相位。