今天小編分享的教育經驗：西部211，迎2篇Nature！，歡迎閱讀。
蜘蛛脈衝星是在近距離軌道上有伴星的中子星。伴星将物質脫落到中子星上，使其旋轉到毫秒的自轉周期，而軌道縮短到數小時。伴星最終被脈衝星風和輻射 " 燒蝕 " 并毀滅。它們是研究吸積 X 射線脈衝星與孤立的毫秒脈衝星、脈衝星輻照效應和大質量中子星誕生之間的演化聯系的關鍵。
2023 年 6 月 20 日，貴州大學 / 中國科學院國家天文台姜鵬、中國科學院國家天文台韓金林及美國内華達大學 B. Zhang 共同通訊在Nature 在線發表題為 "A Binary Pulsar in a 53-minute Orbit" 的研究論文，該研究報告了對雙毫秒脈衝星 PSR J1953+1844 ( M71E ) 的射電觀測。
據悉，此前的 3 月 8 日，雲南大學張喜光及英國杜倫大學 Martin R. Smith（雲南大學楊傑及貴州大學蘭天為文章的共同第一作者）在Nature 在線發表題為"Protomelission is an early dasyclad alga and not a Cambrian bryozoan"的研究論文，該研究表明 Protomelission 是一種早期的絨枝藻，而不是寒武紀苔藓蟲。
PSR J1953+1844 ( M71E ) 是在 2021 年使用 500 米口徑球面射電望遠鏡 ( FAST ) 發現的，由 FAST 銀河平面脈衝星快照調查發現，并确定為雙星。利用 FAST 球狀星團脈衝星調查的存檔數據，确定了其軌道參數。後續觀測于 2021 年 9 月開始。通過脈衝星定時測量了它的自旋、天文測量和軌道參數。它的軌道周期為 53.3 分鍾，而之前記錄的雙星脈衝星軌道周期是來自 J1653-0158 的 75 分鍾，來自光源 ZTF J1406+1222 的 62 分鍾。該脈衝星的色散測量值為 113.1 pc cm − 3，接近但低于 M71。
它的計時位置 ( J2000 19:53:37.95 +18:44:54.3 ) 距離 M71 的中心大約 2.5 弧分 ( J2000 19:53:46.49 +18:46:45.1 ) 。錢德拉 X 射線幾乎在定時位置被識别出來，而沒有光學 ( SDSS ) 、紅外 ( 2MASS ) 或伽馬射線 ( 費米衛星 ) 在檔案數據的定時位置周圍被識别出來。錢德拉數據的細節可以在方法中找到。M71 的核心半徑、投射半光半徑和半質量半徑 ( 3D ) 分别為 1.07、3.32 和 4.81 pc。假設到脈衝星和球狀星團的距離相同，這顆脈衝星不在 M71 的核心區網域，而仍在 M71 的外圍。因此，這顆脈衝星是否是這個球狀星團的成員是有争議的。作者把它命名為 M71E，因為它離 M71 很近，很可能是 M71 中的雙星。假設脈衝星的質量為 1.4 M ⊙ ( 中子星的典型質量 ) ，并根據時間解，得到最小伴星質量為 0.008 M ⊙。
由于毫秒脈衝星的質量分布可能是雙峰的，而蜘蛛中的脈衝星質量往往更重，為了進一步分析，作者假設 M71E 中子星的可能質量為 1.0、1.4 或 2.0 M ⊙。緊湊的軌道消除了主序伴星的可能性，只有白矮星或褐矮星的密度足夠達到這樣的周期。根據 M71E 計時得到的質量函數，研究人員對軌道傾角與伴星質量的關系給出了一個一般性約束。
M71E 在伴星質量 - 軌道周期平面上的位置及其與雙星演化模型的比較（圖源自 Nature ）
研究人員首先考慮白矮星伴星。分離雙星系統中白矮星質量的觀測下限為 ~ 0.16M ⊙，理論質量下限為 ~ 0.14 M ⊙，低于此下限的白矮星很難從雙星演化中形成。在假定脈衝星質量的大範圍内，為了使伴星質量大于或等于 0.16 M ⊙，允許的傾角應該非常接近，即 i < 3.6 o。對于軌道傾角的随機分布，即使脈衝星質量為 2.0 M ⊙，出現如此小的軌道傾角的概率也小于 0.3%。此外，沒有直接的雙星演化通道來形成如此緊密軌道的分離白矮星 - 中子星雙星。因此，作者不贊成 M71E 的伴星是白矮星。
蜘蛛脈衝星的形成通道仍有争議。考慮到這個系統可能位于球狀星團中，原則上可能是交換相互作用的產物。然而，由于缺乏對該通道的自洽計算，目前尚不清楚 M71E 的具體參數是否可以用動态通道來解釋。此外，不能排除該系統是由中子星 - He/CO 白矮星系統演化而來，具有穩定的傳質過程。這樣的中子星 - He/CO 白矮星雙星的軌道周期可以達到 53.3 分鍾，此時 He/CO 白矮星的質量點應該在 0.01 M ⊙左右。此外，這類中子星 - He/CO 白矮星雙星的軌道周期預計在 6.80 − 9.64 min 左右，明顯小于 M71E 的軌道周期，因為 He/CO 白矮星的質量降低到 0.05 − 0.10 M ⊙。然而，在這種情況下，作者沒有考慮脈衝星發射蒸發的影響，這可能會擴大雙星分離并有助于解釋 M71E 的性質。
綜上，該研究表明雙毫秒脈衝星 PSR J1953+1844 ( M71E ) 的軌道周期為 53.3 分鍾，伴星質量為 0.07 M ⊙。它是一個微弱的 X 射線源，距離球狀星團 M71 的中心 2.5 角分。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06308-w
