發現銀河系奇怪「黑寡婦」 有三恒星、互相公轉時間僅 62 分鐘

在雙星系統中的脈衝星, Credit: ESA

最新刊於《自然》的研究指,人類發現了潛伏於銀河系中、被稱為「黑寡婦」的恆星系統最極端例子,而發現將挑戰現時這些所謂的「蜘蛛雙星」如何形成和演化的模型。

「黑寡婦」系統包含一顆快速旋轉的死星,亦即脈衝星 (pulsar) ;脈衝星以圍繞其運行物體的氣體物質為食,情況就如以黑寡婦蜘蛛進食她的伙伴。

是次由麻省理工學院博士後研究員 Kevin Burdge 領導的團隊利用一種新技術,發現了人類史上首個黑寡婦三星系統,並將之命名為 ZTF J1406+1222,ZTF 代表的是發現由位於加州的史維基瞬變探測器 (Zwicky Transient Facility) 發現到該系統。

除了前所未見的三星系統外,這個距離地球約 3,000 光年的黑寡婦,亦錄得有史以來最短的軌道周期,團隊在論文中形容發現「突破了演化模型的界限」,並將該系統「與任何已知的蜘蛛雙星區分開」。

Burdge 在接受外媒 Vice 訪問時指出,發現很奇怪,因為系統在很多方面都表現得像黑寡婦,但也做出一些人類過去從未在任何已知黑寡婦身上見過的新東西。

然而, ZTF J1406+1222 仍然被歸類為黑寡婦的候選者,以留出空間對其不尋常的特性進行其他解釋。未來仍需要進一步觀察才能正式確認它屬於黑寡婦恆星系統。

ZTF J1406+1222 被歸類為黑寡婦的候選者,部分原因在於團隊為發現它而設計的新穎檢測方法。以前的黑寡婦是從其兩極發出的高能 X 射線和伽馬射線所發現的,而這個新系統首先是通過其軌道伴星發出的可見波長檢測到的,伴星是一種被稱為棕矮星 (brown dwarf) 的失敗恆星。這種光是由褐矮星從脈衝星接收到的強烈輻射產生的,並在其白天一邊產生閃光。

Burdge 在檢查已知黑寡婦系統的光變曲線時已提出了這種尋找黑寡婦方法,這些光變曲線是衡量系統亮度隨時間變化的指標。他注意到數據中的這類高特定模式可以發現到在銀河系黑暗中隱藏的黑寡婦。

奇怪之處

Burdge 解釋,在觀察已知黑寡婦系統的光變曲線時,會發現每隔幾個小時就會變亮 10 倍以上,然後再次消失。通過 ZTF 人類可在整個天空看到十億或更多的光源,而且沒有太多星體系統會每幾個小時變得亮和暗。

在檢測到 ZTF J1406+1222 之後,團隊就發現棕矮星和脈衝星互相圍繞運行的時間只有短短 62 分鐘,是人類迄今為止觀察到的最短的黑寡婦運動周期。團隊亦對系統較短波長(尤其是紫外線頻率)的神秘放大感到驚訝,這發現最終也指向了與該系統相連的第 3 顆恆星,該恆星距離地球和太陽之間的距離是地球和太陽的 600 倍,它以緩慢的速度圍繞內部雙星運行——圍繞一周就需要 10,000 年。

挑戰現有模型

單是這第三顆恆星的存在挑戰了黑寡婦系統的形成模型。團隊認為, ZTF J1406+1222 的黑寡婦系統首先形成,而遙遠的第 3 顆恆星在軌道最接近雙星時被引力捕獲,但要真正解開這個系統的許多未解之謎及其獨特背景故事,還需要更多的觀察;團隊計劃使用更複雜的望遠鏡跟進發現。

來源:

Science Alert, Extreme ‘Black Widow’ Pulsar Detected Just 3,000 Light-Years Away

Vice, Bizarre ‘Black Widow’ Star System Challenges Models of Space  

報告:

Burdge, K.B., Marsh, T.R., Fuller, J. & et al. (2022). A 62-minute orbital period black widow binary in a wide hierarchical triple. Nature 605, 41–45. doi:  10.1038/s41586-022-04551-1

文/AC、審/WL

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