天文学家发现神秘的"黑寡妇"双星拥有迄今为止最短的轨道

由共同作者、麻省理工学院的博士后研究员凯文-伯德格领导的研究小组利用兹威基瞬变设施的数据发现了黑寡妇双星，兹威基瞬变设施是一个位于加利福尼亚的观测站，负责拍摄夜空的广域图像。

"这一发现强调了像ZTF这样的大型时域观测在发现罕见天体方面的潜力，"共同作者Eric Bellm说，他是华盛顿大学天文学研究助理教授，华盛顿大学DiRAC研究所的研究员，也是ZTF和位于智利的Vera C. Rubin天文台的科学家。

天文学家知道银河系中大约有二十多个黑寡妇双星。这个最新的候选系统被命名为ZTF J1406+1222，位于离地球3000光年的地方，具有目前所发现的最短的轨道周期，脉冲星和伴星每62分钟绕着对方相互旋转。该系统的独特之处在于，它似乎还承载着第三颗遥远的恒星，每隔一万年就会围绕着两颗内部恒星运行。

这个"三重"黑寡妇提出了关于这样一个系统如何形成的问题。根据其观测结果，该小组提出了一个起源故事。与大多数黑寡妇双星一样，这个三重系统可能来自于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，中央黑洞的引力将星团拉开，同时留下了完整的三联黑寡妇星。这种诞生情况非常复杂，并且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。

脉冲星是大质量恒星塌陷的核心，特点是拥有快得吓人的旋转周期，每隔几毫秒就旋转一次，并在这个过程中发射出高能量的伽马射线和X射线的闪光。

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。但是偶尔，脉冲星的引力可以从一颗路过的流浪星上拉下物质，提供新的能量让脉冲星重新旋转起来。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。

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，但研究小组利用来自双星伴星闪烁的可见光来探测ZTF J1406+1222。伯德格认识到，伴星所谓的"白天"一面，也就是永远面对着脉冲星的那一面可能比它的"夜晚"一面热很多倍，因为它从脉冲星那里不断接收高能辐射。他推断，如果天文学家观察到一颗亮度周期性变化很大的恒星，这将是一个强有力的信号，表明它与一颗脉冲星处于双星之中。

为了验证这一理论，伯德格和他的合作者研究了ZTF数据中的恒星亮度，观察是否有恒星以10倍以上的速度急剧变化，而且时间尺度约为1小时或更短。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，他们发现了一颗恒星，它的亮度每62分钟变化13倍，表明它可能是一个新的黑寡妇双星的一部分。

通过斯隆数字天空测量系统对这颗恒星几十年的测量，他们发现了这颗双星被另一颗遥远的恒星所跟踪的证据。根据他们的计算，这第三颗恒星似乎每隔一万年就会围绕内部的双星运行。

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，目前ZTF J1406+1222被认为是一个候选的黑寡妇双星，该小组希望通过未来的观测来确认。

伯德格说："一切似乎都指向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。仅用ZTF识别这个黑寡妇双星表明，几年后，当更加强大的维拉-C-鲁宾天文台上线时，我们应该能够发现更多这样的系统。