一個(gè)明亮、神秘的伽馬射線源被發(fā)現(xiàn)是一顆快速旋轉(zhuǎn)的中子星(被稱為毫秒脈沖星)，它正圍繞著一顆正在演化為極低質(zhì)量白矮星的恒星運(yùn)行。這些類型的雙星系統(tǒng)被天文學(xué)家稱為“蜘蛛”，因?yàn)槊}沖星在變成白矮星時(shí)往往會(huì) “吞噬”伴星的外部部分。
天文學(xué)家使用智利Cerro Pachón的4.1米SOAR望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了這個(gè)雙星系統(tǒng)，該望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab計(jì)劃中Cerro Tololo美洲天文臺(tái)(CTIO)的一部分。
美國(guó)宇航局(NASA)的費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡自2008年發(fā)射以來(lái)，一直在對(duì)宇宙中產(chǎn)生大量伽馬射線的天體進(jìn)行編目，但并不是所有它探測(cè)到的伽馬射線源都被分類。其中一個(gè)被天文學(xué)家稱為4FGL J1120.0-2204的伽馬射線源，是整個(gè)天空中第二亮的伽馬射線源，直到現(xiàn)在還沒有被識(shí)別。
來(lái)自美國(guó)和加拿大的天文學(xué)家，在華盛頓特區(qū)美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室的Samuel Swihart的帶領(lǐng)下，使用SOAR望遠(yuǎn)鏡上的古德曼光譜儀來(lái)確定4FGL J1120.0-2204的“真實(shí)身份”。正如NASA的Swift和歐空局的XMM-牛頓太空望遠(yuǎn)鏡所觀察到的那樣，這個(gè)伽馬射線源也發(fā)射出X射線，它被證明是一個(gè)由每秒旋轉(zhuǎn)數(shù)百次的“毫秒脈沖星”和一個(gè)極低質(zhì)量白矮星的前體組成的雙星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)位于2600光年之外。
“密歇根州立大學(xué)在SOAR望遠(yuǎn)鏡上投入的時(shí)間，它在南半球的位置以及古德曼光譜儀的精確性和穩(wěn)定性，都是這一發(fā)現(xiàn)的重要方面，”Swihart說(shuō)。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab項(xiàng)目主任Chris Davis指出：“這是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明一般的中型望遠(yuǎn)鏡，特別是SOAR，可以用來(lái)幫助描述其他地面和天基設(shè)施的不尋常發(fā)現(xiàn)。我們預(yù)計(jì)，在未來(lái)的十年里，SOAR將在許多其他時(shí)變和多信使源的跟蹤中發(fā)揮關(guān)鍵作用。”
由古德曼光譜儀測(cè)量的雙星系統(tǒng)的光學(xué)光譜顯示，來(lái)自原白矮星伴星的光是多普勒位移的--交替位移到紅色和藍(lán)色--表明它每隔15小時(shí)就圍繞一顆緊湊、大質(zhì)量的中子星運(yùn)行。
Swihart說(shuō)：“光譜還使我們能夠約束伴星的大致溫度和表面重力，”他的團(tuán)隊(duì)能夠利用這些屬性并將其應(yīng)用于描述雙星系統(tǒng)如何演變的模型。這使他們能夠確定該伴星是一顆極低質(zhì)量的白矮星的前身，其表面溫度為8200℃，質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的17%。
當(dāng)一顆質(zhì)量與太陽(yáng)相似或更小的恒星到達(dá)其生命的終點(diǎn)時(shí)，它將耗盡用于推動(dòng)其核心核聚變過程的氫。有一段時(shí)間，氦氣會(huì)接管并為恒星提供動(dòng)力，使其收縮和升溫，并促使其膨脹和演化成一個(gè)大小為數(shù)億公里的紅巨星。最終，這顆膨脹的恒星的外層可以被吸附到一個(gè)雙星伴星上，核聚變停止，留下一個(gè)與地球差不多大小的白矮星，在超過100,000℃的溫度下發(fā)熱。
4FGL J1120.0-2204系統(tǒng)中的原白矮星還沒有完成演化。Swihart說(shuō)：“目前它是膨脹的，半徑大約是質(zhì)量相似的正常白矮星的五倍。它將繼續(xù)冷卻和收縮，在大約20億年后，它將看起來(lái)與我們已經(jīng)知道的許多極低質(zhì)量的白矮星相同。”
毫秒脈沖星每秒鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)百次。它們是通過從一個(gè)伴星那里吸收物質(zhì)而旋轉(zhuǎn)起來(lái)的，在這種情況下，它們來(lái)自成為白矮星的恒星。大多數(shù)毫秒脈沖星都會(huì)發(fā)出伽馬射線和X射線，通常是當(dāng)脈沖星風(fēng)(即從旋轉(zhuǎn)的中子星發(fā)出的帶電粒子流)與從伴星發(fā)出的物質(zhì)相碰撞時(shí)。
Swihart表示，目前已知的極低質(zhì)量的白矮星大約有80個(gè)，但“這是發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)極低質(zhì)量的白矮星的前兆，它很可能是圍繞著一顆中子星運(yùn)行”。因此，4FGL J1120.0-2204是對(duì)這一自旋過程尾部的獨(dú)特觀察。所有其他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的白矮星-脈沖星雙星都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自旋上升階段。
Swihart說(shuō)：“用SOAR望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的后續(xù)光譜分析，針對(duì)的是不相關(guān)的費(fèi)米伽馬射線源，使我們能夠看到這個(gè)伴星正在圍繞著什么東西運(yùn)行。如果沒有這些觀測(cè)，我們不可能發(fā)現(xiàn)這個(gè)令人興奮的系統(tǒng)。”
