宇宙罕見組合！恆星吞掉中子星後又吐出來 天文學家驚呆

中國天文學家團隊發現宇宙中一對極爲罕見的宇宙雙星，形成過程非常特殊。（示意圖，與本文無關／Unsplash）

中國天文學家團隊發現宇宙中一對極爲罕見的宇宙雙星，該對雙星由一顆每秒旋轉近百次的毫秒脈衝星（Pulsar），與一顆遭部分剝離的氦星（helium star）所構成，兩者以極爲緊密的軌道互相環繞。這是人類首次觀測到毫秒脈衝星與氦星伴星共存的天體系統，研究成果已於今年5月發表於《Science》期刊。

美國雜誌《天文學》（Astronomy）報導，這顆脈衝星編號爲PSR J1928+1815，最初由天文學家透過號稱「中國天眼」的500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope；FAST）於2020年5月發現，並在同年稍晚展開後續觀測。研究團隊確認，這顆毫秒脈衝星與其伴星間的軌道極爲緊密，距離相當於太陽至小行星帶外緣的距離，但兩者的公轉週期僅爲3.6小時，遠快於主小行星帶繞日所需的數年時間。

研究人員推測，這個雙星系統最初由兩顆普通恆星構成，其中質量較大的恆星先耗盡燃料併發生超新星爆炸，留下緻密的中子星；質量較小的伴星則緩慢演化並逐漸膨脹，由於兩顆星星相距接近，中子星開始從伴星吸取物質，並因此加速自轉。

然而，隨着伴星失去物質，內部引力減弱，使其進一步膨脹，最終外層氣體包覆住中子星，此階段稱爲「共有包層（common envelope；CE） 」階段，兩顆星會在包層中產生摩擦，軌道持續縮短並加熱包層氣體，直到約1000年後，伴星外層被脈衝星能量與摩擦加熱所驅散，僅剩下其富含氦的內核，成爲目前觀測到的氦星。

這項發現是首度實際觀測到毫秒脈衝星與氦星伴星共構的系統，驗證長期以來的理論預測。領銜這項研究的中國科學院教授韓金林表示，「這種組合不是透過正常的恆星演化產生，形成過程非常特殊。」至於論文第一作者楊宗霖補充，氦星階段在恆星一生中非常短暫，僅約1000萬年，因此天文學家觀測到這樣的組合極爲罕見。研究團隊估計，整個銀河系中此類雙星系統僅有數十對。

不過也有天文學家對此發現提出挑戰，美國加州大學聖塔克魯茲分校（University of California, Santa Cruz；UC Santa Cruz, UCSC）的天文學教授拉米雷斯-魯伊斯（Ramirez-Ruiz）指出，如果雙星系統在超新星爆炸後失去超過一半總質量，應當會彼此分離。他則推測，或許是超新星爆炸的不對稱反衝將中子星推向伴星，讓雙星系統得以維持結合，也不排除原本爲三合星系統，最終合併成如今的樣貌。

無論雙星系統的起源爲何，天文學家皆指出，此一重大發現有助於專家瞭解「共有包層」階段的過程，也對研究重力波來源的中子星合併具重要意義，未來如果氦星再度膨脹並供應更多物質給脈衝星，不僅可能進一步加快其自轉，也可能釋放出強烈X射線，甚至產生可偵測的重力波。韓金林表示，研究團隊至今已發現近770顆脈衝星，未來將持續利用FAST深入觀測，希望找到更多奇特的宇宙系統。

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