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当前短讯！中国天眼惊人发现：一颗脉冲星 正在“吃掉”伙伴
2023-06-28
中国天眼有了最新发现，一个轨道周期只有53分钟的脉冲星双星系统——被命名为PSR J1953+1844（M71E），这是目前发现轨道周期最短的脉冲星双星系统。
这个发现对于“黑寡妇”系统有着跨时代意义，因为这个双星系统正在从“红背”转变成“黑寡妇”，为“黑寡妇”系统的形成原因添加了新证据。
这项发现的研究结果于21号发表在《自然》杂志上，但很多人可能会好奇“红背”、“黑寡妇”到底啥意思？
(相关资料图)
吞噬伙伴的脉冲星系统
1988年，天文学家发现了一对奇怪的脉冲星系统——由一颗脉冲星和一个小型轨道伴星组成。
黑寡妇脉冲星从伴星上撕裂物质的艺术想象图，图源：NASA
脉冲星就是快速旋转的中子星（在超新星爆炸中死亡的恒星塌缩的核心），它确实基本都是成对出现的，两者定期发射辐射脉冲，但是新发现的这对脉冲星系统的奇怪地方就在于其周围存在大量的高能物质。
天文学家意识到，该系统周围的物质应该来自那颗较小的伴星，或许在过去那颗伴星要大得多，只是由于中心的脉冲星喷发出极的高能辐射和粒子流，导致伴星被切成碎片，并将它们推入太空和吸入自己。
从本质上讲，脉冲星正在活生生地吃掉它的同伴。
由于这种行为很像体型更大的雌性黑寡妇蜘蛛在交配后吃掉体型较小的雄性，所以天文学家将这种脉冲星系统命名为“黑寡妇”，第一个被发现的这个“黑寡妇”被命名为PSR B1957+20。
黑寡妇系统
现在，天文学家已经为“蜘蛛”家族的脉冲星系统添加了好几种。
从技术上讲，“黑寡妇”的伴星质量已经只剩下非常小了，通常不到太阳质量的十分之一，而如果伴星足够大——达到半个太阳质量的话，那么这个时候就被称为“红背”（也是一种蜘蛛），不过当伴星的质量再大一点它将有足够的质量来承受脉冲星的爆发，这个时候就被称为“猎人”，而不是蜘蛛了。
随着时间的推移，天文学家已经识别出数十个这样的“蜘蛛”系统，但是他们很难解释这些系统是如何形成的，必须找到其过渡的形态才行。
由于处于演化中间状态的脉冲星轨道周期非常短，同时两颗星距离还很近，很难观测，所以中间形态一直没能发现，也就无法证明“蜘蛛”系统的形成原理。
中国天眼，图源：新华社
今年4月份一个国际团队刚刚发现了一个正在演化成蜘蛛类系统的脉冲星系统，算是第一次知道脉冲星是如何演化成“蜘蛛”系统的，而中国天眼这次发现的PSR J1953+1844（M71E）的脉冲星双星系统，正好是“红背”向“黑寡妇”转化的系统，这也是一个缺失的环节。
所以，这次发现还是蛮重大的，当然发《自然》的没几个水的。
宇宙中的“弱肉强食”
其实，像蜘蛛系统这种一颗星“吃掉”另外一颗星的情况，在宇宙中是很普遍的，还有几种方式天体或者一个系统会被另外一个天体或系统“吃掉”，而所有这些“吃掉”都是那些质量更大的天体对质量小的天体的吞并。
第一种，通过引力撕裂对手。
这种应该是最常见的一种吞噬，比如我们的银河系中心就是一颗超大质量的黑洞，距离它很近的一些天体公转周期非常短，有时候就会被黑洞撕裂。
那些掉入黑洞的天体一部分会成为黑洞的一部分（大约10%），而剩下的90%会被抛射出去[1]。
很多人想不明白，为什么掉入黑洞的天体有那么大一部分会被抛射出去，其实原因很简单，因为黑洞是引力强大但尺寸却相对很小的天体，而掉入其中的天体往往在尺寸上十分巨大的恒星，所以黑洞不可能全部吞噬它。
其实，抛出去的部分有一些甚至会被抛离整个星系，当然更多的是留在星系内，这些会成为下一个恒星系统的原材料。
像黑洞这样去撕裂对手的还有很多情景，比如我们的木星，因为它足够大，一些天体在靠近它的时候，也可能被它撕裂。
木星的撕裂也和黑洞差不多，其产物有一部分会留在它的轨道上运行，一部分会掉入其中，但是很少会被抛射的。
像太阳如此之大的恒星，撕裂对手的情况自然比木星更加频繁。
第二种，碰撞吞并对手。
我们的地球、月亮很可能就是一次碰撞的产物，大约在45 亿年前——也就是地球形成后的大约 7000 万年时间，地球和一颗名为忒伊亚超大天体（可能有现在火星大小）碰撞，最终变成了现在的地球和月球。
其中碰撞的吞并，在恒星系统形成之初是非常普遍的，每个行星都是从非常小的个体开始的，它们主要就是通过碰撞吸收其它天体的材料来成长自己。
现在太阳系已经相对稳定，碰撞似乎已经不怎么普遍了，但实际上，地球每年都还要接收5万吨左右的地外物质（陨石等），不过地球也在流失物质——每年大约有10万吨的氢、氦流失（其中一个原因就是太阳风），这么算下来地球现在是天天在“减肥”。
除了天体会通过这种方式吞并对手之外，其实更大的恒星系统，以及更大的星系，都会这么做，但两个星系或者恒星系统碰撞的时候，较大的星系会吞并另外一个较小的。
第三种膨胀吞并——这是未来地球会被“吃掉”的情况。
地球生命以什么样的形式开始和结束是很难得出结论，但有一种结束方式几乎是肯定的，那就是地球将在大约50-70亿年之后会被太阳吞并，不知道事件发生时是否还有生命存在。
你可能好奇太阳怎么会吞并地球，其实这是恒星演化的一个阶段，所有恒星都要经历。
随着时间推移，太阳的核心将耗尽氢燃料，而随着氢聚变速度减慢，其核心会开始收缩。
现在的太阳，其辐射压力和引力正好平衡状态，但是当其核心变小时，它会升温，直到引发另一轮核反应——将氦融合成碳、氮和氧等较重元素。
当氦聚变开始的时候，太阳的辐射压力会远远大于引力，这个时候太阳会就会膨胀红巨星，而地球轨道可能会被淹没，所以那时地球会被太阳吞噬。
不过，红巨星阶段通常是恒星生命中最剧烈的时期，所以实际上，太阳都不需要膨胀到地球轨道（它也太一定会膨胀到地球轨道），它都可以轻松摧毁地球。
参考资料：
[1].Ethan Siegel.No, Black Holes Don"t Suck Everything Into Them.forbes.2019.6.19