奇異罕見，雙星系統如何形成？愛因斯坦相對論為你揭開

2023-04-01 04:40:34 2

在馬斯卡的南部星座，有一個非常獨特的雙星系統。其中一顆是脈衝星，一顆脈衝中子星，另一顆巨大的白矮星每五個小時繞對方運行一次。不同於由其他脈衝星和白矮星組成的雙星系統，所有的模型都表明，在這種情況下，白矮星將首先形成，然後繼續從恆星吸取物質，直到它們爆炸，只留下脈衝星。問題是事實就是如此。

MWC656系統的藝術家概念圖。這顆恆星旋轉非常快，釋放出一個赤道物質圓盤，通過吸積盤傳送到黑洞。

白矮星吸收物質，使它們旋轉得更快。星星非常微弱，肉眼很難觀察到。現在天文學家們已經通過使用廣義相對論中的一個猜想解決了這個問題——坐標系拖曳效應。該理論認為，任何天體在旋轉空時都會拖動，這也是倫薩-西陵效應。地球周圍的環境已經證明了這一點，因為我們的星球在自轉期間會對周圍衛星的軌道產生輕微的影響。

人類不能圍繞白矮星發射衛星，但正如《科學》雜誌所說，沒有必要這樣做。脈衝星和時鐘一樣精確，從磁極發出的無線電波間隔非常精確。天文小組花了20年時間收集無線電數據來測量脈衝星軌道的細微變化，這顆脈衝星被命名為脈衝星J1146545。

「藉助原子鐘，利用帕克斯和極限射電望遠鏡，我們可以高精度地測量脈衝星信號的到達時間。」馬克斯·普朗克射電天文學研究所的主要作者韋克·文卡特拉曼·克裡希南博士在一份聲明中說，「我們可以跟蹤其軌道上的脈衝星近20年，每次測量的平均測距精度為30公裡，這樣我們就可以精確定位軌道的大小和方向。」

帕克斯射電望遠鏡。源免費圖像。

白矮星和脈衝星每五個小時繞對方運行一次，而阻力效應非常微弱。然而，20年後，恆星足夠大，研究小組預計脈衝星的軌道將漂移約150公裡(93英裡)，這正是他們觀察到的。

紐西蘭奧克蘭科技大學的科學家和論文的合著者威廉·范·斯特雷頓博士解釋說:「經過詳細計算和消除一系列潛在的實驗誤差後，脈衝星J1146545的觀測確實有一些偏差，這是由它的軌道方向變化引起的。」

參照相對論並結合模型，天文學家可以確定兩個簡併恆星的質量和具有相似傾角的軌道參數。他們還建議白矮星每100秒繞它們的軸旋轉一周，從而證實了白矮星何時形成的假說。

雙星:

雙星是一個恆星系統，其中兩顆恆星圍繞一個共同的質量中心相互環繞。較亮的一顆被稱為主星，另一顆是伴星或第二顆星。從19世紀早期到現在的研究表明，許多恆星實際上是星系的一部分，包括雙星系統或擁有兩顆以上恆星的多星系統。「雙星」這個詞可以和另一個詞「雙星」同義，但一般來說，前者可以包括後者，也可以指光學雙星。光學雙星由兩顆沒有物理聯繫的恆星組成，但是從地球上看，這兩顆恆星在天空中非常接近空。如果一顆雙星中的兩顆恆星具有明顯不同的自推進或徑向速度，或者視差測量的兩顆恆星與地球之間的距離不同，則可以確定它屬於一顆光學雙星。大多數已知的二元系統仍然不能確定它們是二元系統還是光學二元系統。

雙星系統在天體物理學中非常重要。測量它們的軌道可以直接確定其組成恆星的質量，並間接估計其他恆星參數，如半徑和密度。同時，可以確定經驗質量光度關係，從而可以估計單顆恆星的質量。

雙星通常可以被直接觀察到，這通常被稱為視覺雙星。許多視覺雙星的軌道周期為幾個世紀或幾千年，因此天文學家對它們的軌道不確定或知之甚少。科學家還可以使用間接技術進行探測和命名，如光譜學(光譜雙星)或天體測量學(天體測量學雙星)。如果兩顆恆星的軌道平面在觀察者的視線方向上幾乎是平的，天體將會經歷相互日食現象，這被稱為食雙星。此外，在日食和過渡期間，通過光度變化識別的雙星是光度雙星。