真实三体系统被中国天眼发现:三颗恒星“两死一生”,比小说里的三体稳定得多

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10-12 17:48

10月9日,中国科学院国家天文台公布成果:依托“中国天眼”FAST发现的脉冲星J0435+3233,被中国与欧洲两个相互独立的研究团队确认为三体系统——一颗毫秒脉冲星、一颗氦白矮星与一颗类太阳恒星。研究证实,这是首例处于演化阶段的原生脉冲星三体系统。 相关论文于北京时间2026年10月9日发表于《天体物理学杂志快报》(ApJL)。 与小说里三颗太阳乱序狂飙不同,这个真实三体是“嵌套”结构:内层两颗天体8天互绕一圈,第三颗在73.5年的轨道上远远绕行,两条轨道周期相差3000多倍,可以长期稳定存续。中科院之声新华网

三颗天体:内层近圆双人舞,外围一条大椭圆

这个系统的“老大”就是J0435+3233本身。2020年6月8日,国家天文台漂移扫描巡天团队用FAST发现它,自转周期只有3.2毫秒。 它与一颗氦白矮星组成内层双星,二者以8天为周期沿近圆轨道环绕共同质心运行。 论文给出的完整图景是:近处伴星为氦白矮星,远处伴星为类太阳恒星,后者是一颗G型次巨星,质量0.98±0.12倍太阳质量,正沿偏心率0.598、周期73.5年的椭圆轨道环绕内层双星。系统距地球约2.1千秒差距,合7000光年左右;欧洲团队独立估计的1.5—2.5千秒差距与此相符。新华网中科院之声arXiv

破案线索:一台“减速过快”的时钟

异常出在自转上。新疆天文台后随观测团队利用FAST接续开展了长达五年的持续监测,成功获取192次测量结果。 这颗毫秒脉冲星的自转周期每年增加约1纳秒,比同类型脉冲星高出两个数量级。 毫秒脉冲星通常是自转几乎不再变慢的“宇宙时钟”,这样的减速速率极不正常。新华网中科院之声

解释这种异常,恰恰成了锁定第三颗星的关键。欧洲团队Freire等人提出:不是脉冲星自己刹不住车,而是第三颗星的引力让内层双星沿视线方向加速,把时钟“显得”变慢了,其真实自转减慢至少比表观值低两个数量级。 中国团队则直接把第三颗星“看”了出来:韩金林团队结合费米卫星18年累积的160个有效伽马光子开放数据与红外、光学档案数据,精准锁定了脉冲星的光学伴星,证实系统属于三体。 论文写道,两个团队各自独立分析得到了相似结果,彼此印证。 LIGO对这一系统的连续引力波搜寻至今没有结果,与“时钟并非真的在快速损失转动能”的结论相互吻合。arXiv新华网

真正的“首例”,是“还在演化”

此前公认的脉冲星三体系统只有两例:PSR B1620−26和PSR J0337+1715。 前者最外围伴星是一颗行星,后者的两颗伴星则都已是演化终结的白矮星;在引力束缚的三体系统里找到毫秒脉冲星,本就极其罕见。 官方新闻稿把J0435+3233称为“第二例被确认的脉冲星三体系统”,采用的是三颗天体均为恒星的口径;即便排序口径有争议,没有争议的是它的独特处:第三颗成员是一颗还活着、仍处演化中的恒星。人类此前从未在演化中途“抓拍”到一个原生三体系统。知乎

闯过超新星这一关,本来就不容易

论文给出的演化情景中,三颗星诞生于同一片云团,是天然形成的“三胞胎”;它们诞生时的质量依次约为太阳的20倍、2倍和1倍——原文特意以“for example”标注,这是可能的路径而非观测事实。 三者中只有质量最大的一颗经历了超新星爆发并坍缩成今天的脉冲星,成为近处伴星的氦白矮星则走的是另一条路——在不稳定质量转移和共同包层阶段被剥离外壳。 距离足够远的第三颗星全程不与内层双星交换物质。新华网中科院之声

超新星瞬间抛出的质量会剧烈摇晃整个系统。论文为这道“生死关”做了专门模拟:新生中子星受到的爆发反冲速度大致不超过80千米/秒,三体才能保持束缚;即便完全对称爆发、反冲为零,系统存活概率也只有约35%。 再往后,第三颗恒星也会熄灭,系统最终会定格为一颗脉冲星加两颗白矮星的长期稳定三体——今天恰好停在“两死一生”的中间帧。知乎新华网

这台三体时钟,能用来做什么

国家天文台在成果介绍里给出第一层用途:天文学家可以借助它验证广义相对论等基础引力理论。 欧洲团队给出了更具体的路径:随着继续对其计时,这个系统有望比PSR J0337+1715给出更紧的强等效原理检验——即带强自引力的天体是否与普通天体以同样方式下落。 脉冲星本身就是宇宙里最精确的时钟之一,而这次它的“滴答”被第三颗星持续拨动,恰好构成检验引力理论所需的极端条件。央视网arXiv

接下来几年,看什么

系统目前的几何尚未定死:论文给出内外轨道夹角近乎垂直(约85°)与中等倾斜(约54°)两种解,两种构型下三颗天体的质量和相互作用都不同。 一个独立研究团队的长期动力学模拟预测,两种构型的计时信号将在未来几年内变得可以区分,届时把FAST计时、LAMOST光谱径向速度与Gaia天体测量拼起来,就能给这个三体系统“画像定容”。 中国天眼建成以来已发现超千颗脉冲星,囊括多类珍稀特殊天体系统。 这例“两死一生”的三胞胎,是目前唯一还能看到第三颗星“活着”的脉冲星三体样本。arXivarXiv新华网

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