俞云伟课题组在“黑寡妇”脉冲星研究上取得新进展
作者：俞云伟 时间：2023-11-29 点击数：
蜘蛛脉冲星(spider pulsar)通常指与演化后期小质量伴星组成双星系统的毫秒脉冲星。根据伴星质量的不同，蜘蛛脉冲星分为“黑寡妇”(black widow, BW) 和“红背” (red back, RB) 两种类型，分别对应 0.01 ~ 0.05 M⊙和0.1 ~ 0.5 M⊙的伴星质量。这类双星系统为我们研究星风相互作用、恒星结构与演化乃至测量中子星质量等提供了重要场所。近来，中国500米口径球面射电望远镜(FAST；即“天眼”)凭借其极高的灵敏度对这类源进行了大量观测，尤其是揭示了一批“黑寡妇”脉冲星发生周期性掩食现象的细节特征（如图1所示）。掩食现象的发生，主要是由于处于轨道运动的伴星移动到了脉冲星的观测视线上，也就是双星轨道下合点的位置，从而一定程度地遮挡了脉冲星的射电辐射，导致射电信号减弱或消失。因而这些观测为人们更好地测量双星轨道参数和恒星属性创造了机会。
“天眼”望远镜观测到的三颗 “黑寡妇”脉冲星发生掩食期间的射电流量变化（上）和色散量变化（下）以及课题组给出的模型拟合（实线）
我院俞云伟教授领导的课题组近年来一直关注中子星双星的相互作用和演化问题。他们通过对“黑寡妇”脉冲星周期性掩食现象的分析指出，掩食遮挡效应其实并不主要决定于伴星本身，而更取决于伴星星风的强弱及其分布范围。伴星星风的分布范围则是它和强大的脉冲星风相互碰撞的结果。如图2所示，两股星风之间的动力学压强平衡将决定一个弓形激波区域。被激波区域包裹的伴星物质除了对射电辐射造成吸收外，还会导致射电辐射色散量(DM)在掩食期间的起伏变化。据此，俞云伟课题组通过对星风相互作用和双星轨道运动的细致建模，并与中国科学院新疆天文台相关数据处理团队合作，为“天眼”望远镜最新发现的三颗“黑寡妇”脉冲星(B1957+20，J2051-0827，J2055+3829)的掩食数据提供了理论解释，从而实现了对双星轨道倾角、观测真近点角以及伴星星风质量损失率和星风速度等关键参数的限制。
蜘蛛脉冲星双星轨道（左）和星风相互作用弓形激波的结构示意图
该项研究结果日前正式发表于我国天文学权威期刊《Research in Astronomy and Astrophysics》，硕士生杜泽昕为论文第一作者，俞云伟教授为通讯作者，其他合作作者还包括上海交通大学的陈啊明和新疆天文台的王双强、周霞以及我校郑小平教授。该项研究得到了国家SKA专项计划、国家自然科学基金、新疆重点实验室开放基金和中国博士后科学基金的支持。
论文链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/ad034b
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通讯员|俞云伟
责编|刘洁
审校|金新利
