MIT天文学家发现神秘的“黑寡妇”双星系统

据天文学家所知，银河系中大约有二十几个“黑寡妇双星”。这个最新的候选星被命名为ZTF J1406+1222，它的轨道周期是目前发现的所有恒星中最短的，脉冲星和伴星每隔62分钟就会相互绕行。这个系统特别不寻常，因为它似乎承载着第三颗遥远的恒星，每1万年围绕着两颗内恒星运行。

这个可能的“黑寡妇”三星系统正在引起人们对这样一个系统如何形成的问题。基于它的观察，MIT的团队提出了一个起源故事。与大多数“黑寡妇双星”一样，这个三星系统可能来自一个被称为球状星团的密集的老恒星星座。这个特殊的星团可能已经漂移到了银河系的中心，在那里，中央黑洞的引力足以将星团拉开，而将“黑寡妇”三星系统保留下来。

“这是一个复杂的诞生场景，”麻省理工学院物理系的博士后研究员Kevin Burdge说。“这个系统在银河系中漂浮的时间可能比太阳存在的时间还要长。”

Burdge是5月4日发表在《自然》杂志上的一项研究的作者，该研究详细介绍了该团队的发现。研究人员使用了一种新的方法来检测这个三星系统。虽然大多数“黑寡妇双星”是通过中央脉冲星发出的伽马射线和X射线辐射发现的，但研究小组使用可见光，特别是双星的伴星发出的闪光，来探测ZTF J1406+1222。

Burdge说：“就‘黑寡妇’而言，这个系统真的很独特，因为我们用可见光发现了它，还因为它的伴星很宽，而且它来自银河系中心。关于它，我们仍然有很多不了解的地方。但是我们有一个新的方法来寻找天空中的这些系统。”

该研究的共同作者是来自多个机构的合作者，包括华威大学、加州理工学院、华盛顿大学、麦吉尔大学和马里兰大学。

“黑寡妇双星”的动力来自脉冲星--快速旋转的中子星，是大质量恒星坍缩的核心。脉冲星有一个令人眼花缭乱的旋转周期，每隔几毫秒就会旋转一圈，并在这个过程中发射出高能量的伽马射线和X射线。

通常情况下，脉冲星在燃烧掉大量的能量后会迅速旋转并死亡。但是每隔一段时间，一颗经过的恒星就会给脉冲星带来新的生命。当一颗恒星接近时，脉冲星的引力将物质从恒星上拉下来，这为脉冲星的旋转提供了新的能量。然后"回收"的脉冲星开始重新辐射能量，进一步剥离恒星，并最终将其摧毁。

Burdge说：“这些系统被称为黑寡妇，因为脉冲星如何消耗回收它的东西，就像蜘蛛吃它的配偶一样。”

迄今为止，每一个“黑寡妇双星”系统都是通过脉冲星的伽马射线和X射线闪烁来检测的。作为第一次，Burdge通过伴星的光学闪烁发现了ZTF J1406+1222。

事实证明，伴星的白天一侧--永远面对着脉冲星的那一侧--可能比它的夜晚一侧热很多倍，因为它不断地从脉冲星那里接受高能量辐射。

“我想，与其直接寻找脉冲星，不如试着寻找它正在吞噬的那颗星，”Burdge解释说。

他推断，如果天文学家观察到一颗亮度周期性变化巨大的恒星，这将是一个强烈的信号，表明它与一颗脉冲星组成了双星。

星体运动

为了验证这一理论，Burdge和他的同事们查看了兹威基瞬变设施所拍摄的光学数据，这是一个位于加利福尼亚的天文台，可以拍摄夜空的宽场图像。该小组研究了恒星的亮度，看看是否有任何恒星在大约一小时或更短的时间内发生了10倍或更多的剧烈变化--这些迹象表明存在一颗紧紧围绕脉冲星运行的伴星。

该小组能够挑选出十几个已知的“黑寡妇双星”，验证了新方法的准确性。然后他们发现了一颗亮度变化为13倍的恒星，每62分钟一次，表明它可能是一个新的“黑寡妇双星”的一部分，他们将其标记为ZTF J1406+1222。

他们在盖亚空间望远镜的观测中发现了这颗恒星，盖亚是由欧洲航天局运营的太空望远镜，对天空中恒星的位置和运动进行精确测量。通过回顾几十年前斯隆数字天空调查对这颗恒星的测量，研究小组发现这颗双星被另一颗遥远的恒星所跟踪。从他们的计算结果来看，这第三颗恒星似乎每隔一万年就会围绕内部双星运行一次。

奇怪的是，天文学家们没有直接检测到双星中的脉冲星的伽马或X射线发射，这是确认“黑寡妇”的典型方式。因此，ZTF J1406+1222被认为是一个候选的“黑寡妇双星”，该团队希望通过未来的观测来确认。

Burdge说：“我们确定的一件事是，我们看到一颗白天比夜晚热得多的恒星，每隔62分钟就围绕某物运行一次。一切似乎都指向了它是一个黑寡妇双星。但是它有一些奇怪的地方，所以它有可能是一个全新的东西。”

该小组计划继续观察这个新系统，并应用光学技术来照亮天空中更多的中子星和“黑寡妇”。