Аннотация:
Недавно, опираясь на сверхвысокую чувствительность обнаружения China Sky Eye FAST, группа исследования галактических плоских пульсаров FAST под руководством исследователя Хань Цзиньлиня из Национальной астрономической обсерватории сделала важное открытие и захватила систему двойной нейтронной звезды PSRJ1856-0039 на узкой орбите. Эта система представляет собой двойную систему нейтронных звезд с чрезвычайно коротким орбитальным периодом и самой легкой из известных в настоящее время общей массой. Результаты многочисленных наблюдений точно подтвердили общую теорию относительности, поставив новую ключевую цель для изучения экстремальной астрофизики, природы гравитации и происхождения элементов во Вселенной. Соответствующие результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters (PRL) 15 сентября 2026 г. и были выбраны редактором журнала в качестве ключевого результата рекомендации.
Нейтронные звезды — это чрезвычайно плотные остатки небесных тел, образовавшиеся после гибели и коллапса массивных звезд. Они действуют по точным и стабильным правилам и известны как «точные часы Вселенной». Двойная система нейтронных звезд состоит из двух нейтронных звезд, вращающихся вокруг друг друга. Это чрезвычайно редкая особая система небесных тел во Вселенной. На данный момент людьми обнаружено только 30 случаев. Этот тип небесной системы образовался после двух взрывов сверхновых и в будущем будет сливаться и развиваться посредством гравитационно-волнового излучения. Это важный источник рождения тяжелых элементов, таких как золото и платина, во Вселенной. Это также идеальная природная лаборатория для изучения состояний материи с чрезвычайно высокой плотностью, проверки общей теории относительности и анализа механизма взрывов сверхновых. Среди них короткопериодические двойные нейтронные звезды обладают более сильными релятивистскими эффектами и более коротким временем слияния и имеют особенно выдающуюся ценность для научных исследований. Они всегда были основной научной целью исследований пульсаров международными крупномасштабными радиотелескопами.
Являясь самым чувствительным в мире радиотелескопом с одной апертурой, FAST оснащен высокопроизводительным 19-лучевым охлаждающим приемником L-диапазона и обладает чрезвычайно мощными возможностями обнаружения пульсаров. В этом исследовании команда использовала самостоятельно разработанный режим наблюдения снимков для проведения крупномасштабного систематического поиска пульсаров в плоскости галактики и на данный момент успешно обнаружила около 900 новых пульсаров. Благодаря непрерывным последующим точным наблюдениям команда выявила множество случаев особых небесных систем, и PSRJ1856-0039 стал одним из прорывных открытий.
Данные наблюдений показывают, что орбитальный период этой двойной нейтронной звездной системы составляет всего 2,36 часа, занимая второе место среди известных двойных нейтронных звездных систем. Чрезвычайно короткий период обращения означает, что расстояние между двумя нейтронными звездами чрезвычайно мало, а орбиты двойных звезд, вращающихся друг вокруг друга, чрезвычайно плотны. Это одна из двойных систем нейтронных звезд с наиболее значительными релятивистскими эффектами, известными в настоящее время. В то же время эта система обновила нижний предел массы известных человечеству двойных нейтронных звезд. Общая масса всего в 2,488 раза превышает массу Солнца, что делает ее самой легкой комбинацией двойных нейтронных звезд, когда-либо обнаруженной. Среди них масса видимого пульсара примерно в 1,30 раза больше массы Солнца, а масса нейтронной звезды-компаньона примерно в 1,19 раза больше массы Солнца. Эта звезда-компаньон входит в число самых легких известных нейтронных звезд в мире, приближаясь к нижнему теоретическому пределу массы нейтронных звезд, что создает серьезные ограничения для точного анализа физического механизма взрывов сверхновых.
Благодаря чрезвычайно плотной орбите система имеет чрезвычайно сильную гравитационную среду, и исследовательская группа успешно наблюдала ряд явных релятивистских эффектов. Они точно обнаружили прецессию перицентра эллиптической орбиты, красное смещение частоты фотонов, вызванное сильным гравитационным полем, эффект замедления времени, вызванный высокоскоростным движением, а также потерю энергии системой из-за непрерывного излучения гравитационных волн и медленного затухания орбитального периода. Данные расчетов показывают, что отношение измеренного на этот раз значения затухания орбитального периода к значению, предсказанному общей теорией относительности, составляет 1,009±0,014, что подтверждает правильность общей теории относительности.
Согласно выводам команды, система сольется примерно через 82 миллиона лет и в конечном итоге с высокой вероятностью сформирует более массивную нейтронную звезду. Этот особый эволюционный путь играет важную роль в решении проблемы уравнения состояния внутри нейтронной звезды и изучении происхождения во Вселенной таких тяжелых элементов, как золото и платина.
Система также способна совершать последующие научные прорывы. Чрезвычайно малое наклонение орбиты и чрезвычайно короткий период обращения создают прекрасные условия для обнаружения эффекта сопротивления системы отсчета, возникающего при вращении пульсара. В настоящее время только один или два примера двойных систем нейтронных звезд могут обнаружить этот эффект. Эффект сопротивления системы отсчета напрямую связан с инерцией вращения нейтронной звезды. Впоследствии, опираясь на непрерывные высокоточные наблюдения FAST, ожидается точное измерение инерции вращения нейтронной звезды. В сочетании с точно измеренными данными о массе нейтронных звезд долгосрочные наблюдения и исследования могут обеспечить ключевые ограничения для передовых научных задач, таких как выявление внутреннего материального состояния нейтронных звезд и изучение основных характеристик пространственно-временной гравитации.
Это исследование поддерживается ключевыми научно-исследовательскими проектами Министерства науки и технологий, а также проектами институционализации Китайской академии наук. Чтобы узнать больше о проекте «FAST Galactic Plane Pulsar Survey» и связанных с ним данных, посетите веб-сайт проекта: http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/.
Комментарии