中国天眼FAST发现目前已知总质量最轻双中子星系统

中新网北京9月16日电 (记者 孙自法)中国科学院国家天文台9月16日发布消息说，依托“中国天眼”(500米口径球面射电望远镜，英文缩写FAST)超高探测灵敏度，国家天文台韩金林研究员领衔的FAST银道面脉冲星巡天团队，最新研究发现一颗处于紧致轨道的双中子星系统PSRJ1856-0039，这也是轨道周期极短、目前已知总质量最轻的双中子星系统。

这项重要天文发现的多项观测结果，精准验证了广义相对论，为探索极端天体物理、引力本质与宇宙元素起源提供了关键的新目标，其相关研究论文近日在国际专业学术期刊《物理评论快报》(PRL)发表，并被期刊编辑遴选为重点推介成果。

一个突破性发现

韩金林研究员介绍说，中子星是大质量恒星死亡坍缩后形成的极致密天体残骸，运转规律精准稳定，被誉为“宇宙精密时钟”。双中子星系统由两颗中子星相互绕转构成，是宇宙中极为罕见的特殊天体系统，目前人类发现仅30例。

这类天体系统历经两次超新星爆发形成，未来将通过引力波辐射并合演化，是宇宙金、铂等重元素的重要诞生源头，也是研究极端高密度物态、检验广义相对论、解析超新星爆发机制的天然理想实验室。其中，短周期双中子星相对论效应更强、并合时间更短，科研价值尤为突出，一直是国际大型射电望远镜脉冲星巡天的核心科学目标。

作为全球灵敏度最高的单口径射电望远镜，“中国天眼”搭配高性能L波段19波束制冷接收机，具备极强的脉冲星探测能力。本次研究中，研究团队依托自主研发的快照观测模式，开展大规模银道面脉冲星系统性搜寻，迄今已成功发现约900颗新脉冲星。通过持续后续精准观测，甄别出多例特殊天体系统，PSRJ1856-0039是其中一个突破性的发现。

观测数据显示，该双中子星系统轨道周期仅2.36小时，在人类已知双中子星系统中位列第二短。极短的轨道周期意味着两颗中子星间距极小、双星相互绕转轨道的致密程度极高，是目前已知相对论效应表现最显著的双中子星系统之一。

同时，双中子星系统PSRJ1856-0039刷新了人类已知双中子星质量下限，整体总质量仅为2.488倍太阳质量，为迄今发现的总质量最轻的双中子星组合。其中，可见脉冲星质量约1.30倍太阳质量，伴星中子星的质量约1.19倍太阳质量。该伴星跻身全球已知最轻中子星行列，逼近中子星理论质量下限，为精准解析超新星爆发物理机制提供了强有力的限制。

证实广义相对论

韩金林指出，得益于极致致密轨道，该双中子星系统拥有极端的强引力环境，研究团队成功观测到多项清晰的相对论效应。他们精准探测到椭圆轨道近星点进动、强引力场引发的光子频率红移、高速运动产生的时间膨胀效应，以及系统因持续辐射引力波损耗能量、轨道周期缓慢衰减等核心特征。数据测算显示，本次测得的轨道周期衰减数值与广义相对论预测值之比为1.009±0.014，证实了广义相对论的正确性。

据团队模型推演，该系统将在约8200万年后发生并合，最终大概率形成一颗更大质量的中子星。这一特殊演化路径，对破解中子星内部物态方程难题、探究宇宙中金、铂等重元素的起源奥秘有重要作用。

韩金林表示，最新发现的双中子星系统还具备后续科学突破能力，其极小的轨道倾角和极短的轨道周期，为探测脉冲星自转时产生的参考系拖拽效应创造了绝佳条件，目前仅一两例双中子星系统具有探测该效应的潜力，参考系拖拽效应与中子星转动惯量直接相关，后续依托“中国天眼”持续高精度观测，有望精确测量中子星的转动惯量。

他透露，结合已精准测定的中子星质量数据，长期观测和研究能为揭示中子星内部物质状态、探索时空引力基本特性等前沿科学问题提供关键的约束条件。