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首次可見光發現神奇「黑寡婦」脈衝星登國際期刊《Nature》
成大新聞中心

發布於 2022/05/05

文、圖／成大新聞中心
 
國立成功大學物理系助理教授李君樂透過成大、清大、中央三校共同組成的「探高團隊（TANGO）」參與由美國加州理工學院主導的「史維基瞬變設備」（Zwicky Transient Facility，簡稱ZTF）計畫，以超廣角鏡頭探索宇宙奧秘。近期 ZTF 團隊首次以可見光發現迄今已知軌道週期最短的「黑寡婦」脈衝星雙星系統，該雙星更與另一個遙遠恆星形成「三合星」，突破天文學家對「黑寡婦」脈衝星的想像，研究成果登上頂尖國際科學期刊《自然》（Nature）。
 
探高團隊成員、成大物理系助理教授李君樂
探高團隊成員、成大物理系助理教授李君樂
 
研究論文第一作者為美國麻省理工學院 Kevin Burdge 博士，集結台灣、美國、英國、西班牙、波蘭、加拿大、瑞典等國學者，以無線電波、X 光、伽瑪射線與可見光光譜分析 ZTF 超廣角鏡頭拍攝的北方天空，尋找隱身夜幕中的「黑寡婦」脈衝星。參與此次發現的台灣學者包含成大物理系助理教授李君樂與國立清華大學天文所江國興教授。
 
什麼是「黑寡婦」？
 
探高團隊成員、成大物理系助理教授李君樂說明，「黑寡婦脈衝星」是一種雙星系統，當中有一顆自轉週期為毫秒等級的中子星和一顆低質量伴星（不超過太陽重量的十分之一）互繞。又因為中子星與伴星的距離非常近，約為地球與太陽距離的百分之一，因此軌道週期非常短。
 
此外，中子星因本身強大的磁場散發出高能量輻射，其每秒所散發出的能量甚至能高出太陽輻射許多。而面對近距離且高能量的輻射環境，與中子星作伴的低質量恆星會被慢慢「侵蝕」，最終瓦解，情況有如黑寡婦蜘蛛的繁殖習性，因而得名。
 
李君樂老師示範分析星星的輻射波段數值
李君樂老師示範分析星星的輻射波段數值
最新發現「ZTF J1406+1222」
 
李君樂指出，目前已知的黑寡婦脈衝星繞行軌道週期普遍不超過 1 天，而這次由 ZTF 團隊發現的黑寡婦脈衝星命名為「ZTF J1406+1222」，距離地球約 3 千光年。不僅與伴星的軌道週期只有 62 分鐘，是迄今為止所知週期最短的，天文學家更發現此雙星系統也似乎圍繞著另一顆較遙遠的恆星，形成「三合星」，並以 1 萬年左右的週期在移動。
 
ZTF 團隊為此提出一種可能：這個三合星很可能源自被稱為「球狀星團」的密集恆星團，該星團可能在久遠以前意外漂入銀河系中心，繼而被附近的超級質量黑洞以強大的重力拉散，「ZTF J1406+1222」則是這場災難的倖存者，逐漸演變成如今被天文學家觀測到的模樣。
 
「ZTF J1406+122 2」黑寡婦脈衝星示意圖（成大科藝所碩一張琬旖繪製)
「ZTF J1406+1222」黑寡婦脈衝星示意圖（成大科藝所碩一張琬旖繪製)
 
李君樂指出，以往發現的黑寡婦脈衝星都是透過無線電波、X 光或伽馬射線的天文觀測而找到，但礙於黑寡婦脈衝星體積小且距離地球較遠，能觀測到的波段都很微弱，也因此發現不易，目前已知只有 20 多個。清大天文所江國興教授補充，ZTF J1406+1222 是目前第一個只利用可見光波段就發現的黑寡婦，開拓了未來學界以光學望遠鏡發現黑寡婦的新方法，期待未來找到更多黑寡婦脈衝星，從中了解為何中子星能自轉如此快速，並拼湊出宇宙中恆星演化始末的固定模式，拓展人類對無垠宇宙的認知。
 
「史維基瞬變設備」（ZTF）是一個公私合作項目，旨在對光學夜空進行系統研究。ZTF 使用相機廣角視野達 47 度，每兩天掃描一次整個北方天空。由此產生大面積調查將使天文學家能夠投入近地小行星到遙遠超發光超新星研究。ZTF 集結眾多國際學者，其中台灣探高團隊（TANGO），由中央大學、成功大學、清華大學的學者組成，致力於太陽系小天體、變星和緻密天體的前沿研究。
 
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2022-05-05
 
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