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徐仁新课题组与合作者基于LAMOST发现一颗离地球最近的特殊中子星候选体
发布日期:2023-03-17 浏览次数:

近期,亚博世界杯下注(中国)有限公司天文学系徐仁新教授课题组和国家天文台研究团队使用LAMOST光谱数据并结合新疆天文台南山光学望远镜测光数据,发现了一个质量约为0.98倍太阳质量的致密星与晚期主序星组成的双星系统。研究人员结合多波段(射电、光学、X射线以及伽马射线)观测分析,推测该致密星很可能是一颗“X射线暗弱的孤立中子星”(XDINS),这是首次在双星系统中发现此类天体。研究成果发表于《天体物理杂志快报》(Jie Lin et al. 2023, ApJL,944,L4)。徐仁新和国家天文台施建荣研究员为论文共同通讯作者,天文学系博士生林杰为论文第一作者。

如果中子星各种可能的能源均消耗殆尽,那么星体只能辐射剩下的热能,这类中子星称之为X射线暗弱的孤立中子星(XDINS)。XDINS以软X射线的热谱为主且伴有紫外辐射,表现为射电宁静状态,因此发现它们非常困难。理论认为,通过核塌缩超新星爆炸不可能产生低于1.17倍太阳质量的中子星,新的发现意味着此类中子星可能产生于其他形成通道,如白矮星吸积诱导塌缩(AIC)。除此之外,根据Gaia卫星的视差,这个包含中子星侯选体的双星系统离地球仅仅约385光年。这是目前发现的离地球最近的中子星候选体。此研究也暗示了来自地球深海探测到的重元素可能跟该类超新星爆发过程成协。

目前仅有七颗X射线暗弱的孤立中子星被发现,绰号“七剑客”。它们离地球都比较近(约391光年至1630光年),自转周期大概是5到10秒。新发现的这颗X射线暗弱的孤立中子星是研究人员首次在双星系统中发现这类天体。

该发现是基于LAMOST的中低分辨率光谱时域巡天数据,结合了南山光学望远镜多波段和美国TESS的测光数据,以及其他波段的光学巡天数据确定了晚期主序星的半径、温度等信息。通过拟合光变曲线,最终得到这个双星系统中的致密星以及光学伴星的质量分别约为0.98倍太阳质量和0.62倍太阳质量。

通过LAMOST中分辨率光谱数据,研究团队发现该系统的Ha发射线具有双峰结构。其中,成分相对较宽的Ha发射线起源于恒星色球活动,而另外一个相对较窄的Ha发射线表现出跟致密星同相位的变化,因此较窄的成分很可能来自于吸积盘。另外,在十几年的巡天测光数据中,该源没有展现大幅度的星等变化,且X射线光度极低,表明该致密星不太可能是白矮星,而极有可能是颗中子星。

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左图是该系统的多波段光变曲线以及模型拟合的结果,右图是在光学伴星参考系下的Ha发射线随轨道周期的改变。

通过美国的费米(Fermi)卫星也未发现其高能对应体,基于该系统极低的X射线光度且相对较软的X射线能谱,可推测该致密星是一颗处在双星系统中的XDINS。根据美国的星系演化探测器(GALEX)的紫外观测得到该系统的吸积盘辐射半径及中子星死亡线,可知该中子星的自转周期大概位于0.52秒到6.5秒之间,这与XDINS的自转周期一致。

这颗目前离地球最近,且处于双星系统中的“X射线暗弱的孤立中子星”候选体的发现,为深刻认识此类特殊天体的物理性质以及形成演化等具有重要的科学意义。

论文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb54b