美国国家航空航天局的费米探测器首次探测到来自“蜘蛛”恒星系统的伽马射线日食

在这张图中，一颗绕轨道运行的美国恒星开始遮蔽它的伙伴，这是国家伽马一颗快速旋转的超高密度恒星残骸，被称为脉冲星。航空航天脉冲星发射出多波长光束，费米这些光束在视野内外旋转，探测统并产生外流，器首加热恒星的次探测正面，吹走物质并侵蚀其伴侣。自恒资料来源：NASA/索诺玛州立大学，星系Aurore Simonet
（神秘的射线地球uux.cn）据美国物理学家组织网（作者：美国宇航局戈达德太空飞行中心 珍妮特·卡兹米尔扎克）：科学家利用美国国家航空航天局费米伽马射线太空望远镜的数据，首次发现了来自一种特殊类型双星系统的日食伽马射线日食。这些所谓的蜘蛛蜘蛛系统中，每一个都包含一颗脉冲星——一颗恒星的美国超高密度、快速旋转的国家伽马残骸，这颗恒星在超新星中爆炸，并慢慢侵蚀其伴星。
一个国际科学家团队在十年的费米观测中寻找了七只蜘蛛，它们经历了这些日食。从我们的角度来看，当低质量伴星经过脉冲星前面时，就会发生日食。这些数据使他们能够计算系统相对于我们的视线和其他信息的倾斜程度。
“研究蜘蛛最重要的目标之一是尝试测量脉冲星的质量，”领导这项工作的德国汉诺威马克斯普朗克引力物理研究所天体物理学家科林·克拉克说。“脉冲星基本上是我们所能测量到的最密集物质的球体。它们所能达到的最大质量限制了这些极端环境中的物理现象，这在地球上是无法复制的。”
1月26日，一篇关于这项研究的论文发表在《自然天文学》上。
蜘蛛系统的发展是因为双星中的一颗恒星比它的另一颗恒星进化得更快。当质量更大的恒星变成超新星时，它会留下一颗脉冲星。这颗恒星残骸发出包括伽马射线在内的多波长光束，这些光束在我们的视野中进进出出，产生的脉冲如此规律，足以媲美原子钟的精度。
早期，蜘蛛脉冲星通过吸走一股气体流来“喂养”它的同伴。随着系统的发展，当脉冲星开始更快速地旋转时，馈送停止，产生粒子外流和辐射，使伴星的正面过热并侵蚀它。
科学家将蜘蛛系统分为两种，以蜘蛛种的名字命名，它们的雌性有时会吃掉它们较小的配偶。黑寡妇中的同伴质量不到太阳质量的5%。红背星系中有更大的同伴，无论是大小还是质量，体重都在太阳的10%到50%之间。
“在费米之前，我们只知道少数发射伽马射线的脉冲星，”马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯说。“经过十多年的观察，该任务已经确定了300多个，并收集了一个长而几乎不间断的数据集，使社区能够进行开拓性的科学研究。”
研究人员可以通过测量蜘蛛系统的轨道运动来计算它们的质量。可见光观测可以测量伴星的速度，而无线电测量可以揭示脉冲星的速度。然而，这些变化依赖于朝向和远离我们的运动。对于一个几乎面对面的系统来说，这样的变化是微小的，并且可能会令人困惑。从侧面看，同样的信号也可以由一个更小、更慢的轨道系统产生。了解系统相对于视线的倾斜对测量质量至关重要。
倾斜角度通常使用可见光测量，但这些测量会带来一些潜在的复杂性。当伴星环绕脉冲星运行时，它过热的一面会出现在视野之外，从而造成可见光的波动，这取决于倾斜。然而，天文学家仍在了解过热过程，具有不同加热模式的模型有时会预测不同的脉冲星质量。
然而，伽马射线仅由脉冲星产生，其能量如此之大，以至于它们以直线传播，不受碎片的影响，除非被伴星阻挡。如果伽马射线从蜘蛛系统的数据集中消失，科学家可以推断出伴星使脉冲星黯然失色。从那里，他们可以计算系统向我们视线的倾斜、恒星的速度和脉冲星的质量。
PSR B1957+20，简称B1957，是1988年发现的第一个已知的黑寡妇。该系统的早期模型是根据可见光观测建立的，确定它与我们的视线成65度角，脉冲星的质量是太阳的2.4倍。这将使B1957成为已知最重的脉冲星，跨越了脉冲星和黑洞之间的理论质量极限。
通过查看费米数据，克拉克和他的团队发现了15个缺失的伽马射线光子。来自这些天体的伽马射线脉冲的时间是如此可靠，以至于在十年中有15个光子丢失，这一点非常重要，以至于研究小组可以确定该系统正在食环。然后他们计算出双星倾斜84度，脉冲星的重量只有太阳的1.8倍。
这篇新论文的合著者、华盛顿美国海军研究实验室的研究物理学家马修·科尔（Matthew Kerr）表示：“人们正在寻找巨大的脉冲星，而这些蜘蛛系统被认为是找到它们的最佳途径之一。”。“它们经历了从伴星到脉冲星的一个非常极端的质量转移过程。一旦我们真的对这些模型进行了微调，我们就可以确定这些蜘蛛系统是否比其他脉冲星种群更大。”
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一个国际科学家团队在十年的费米观测中寻找了七只蜘蛛，它们经历了这些日食。从我们的角度来看，当低质量伴星经过脉冲星前面时，就会发生日食。这些数据使他们能够计算系统相对于我们的视线和其他信息的倾斜程度。
“研究蜘蛛最重要的目标之一是尝试测量脉冲星的质量，”领导这项工作的德国汉诺威马克斯普朗克引力物理研究所天体物理学家科林·克拉克说。“脉冲星基本上是我们所能测量到的最密集物质的球体。它们所能达到的最大质量限制了这些极端环境中的物理现象，这在地球上是无法复制的。”
1月26日，一篇关于这项研究的论文发表在《自然天文学》上。
蜘蛛系统的发展是因为双星中的一颗恒星比它的另一颗恒星进化得更快。当质量更大的恒星变成超新星时，它会留下一颗脉冲星。这颗恒星残骸发出包括伽马射线在内的多波长光束，这些光束在我们的视野中进进出出，产生的脉冲如此规律，足以媲美原子钟的精度。
早期，蜘蛛脉冲星通过吸走一股气体流来“喂养”它的同伴。随着系统的发展，当脉冲星开始更快速地旋转时，馈送停止，产生粒子外流和辐射，使伴星的正面过热并侵蚀它。
科学家将蜘蛛系统分为两种，以蜘蛛种的名字命名，它们的雌性有时会吃掉它们较小的配偶。黑寡妇中的同伴质量不到太阳质量的5%。红背星系中有更大的同伴，无论是大小还是质量，体重都在太阳的10%到50%之间。
“在费米之前，我们只知道少数发射伽马射线的脉冲星，”马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯说。“经过十多年的观察，该任务已经确定了300多个，并收集了一个长而几乎不间断的数据集，使社区能够进行开拓性的科学研究。”
研究人员可以通过测量蜘蛛系统的轨道运动来计算它们的质量。可见光观测可以测量伴星的速度，而无线电测量可以揭示脉冲星的速度。然而，这些变化依赖于朝向和远离我们的运动。对于一个几乎面对面的系统来说，这样的变化是微小的，并且可能会令人困惑。从侧面看，同样的信号也可以由一个更小、更慢的轨道系统产生。了解系统相对于视线的倾斜对测量质量至关重要。
倾斜角度通常使用可见光测量，但这些测量会带来一些潜在的复杂性。当伴星环绕脉冲星运行时，它过热的一面会出现在视野之外，从而造成可见光的波动，这取决于倾斜。然而，天文学家仍在了解过热过程，具有不同加热模式的模型有时会预测不同的脉冲星质量。
然而，伽马射线仅由脉冲星产生，其能量如此之大，以至于它们以直线传播，不受碎片的影响，除非被伴星阻挡。如果伽马射线从蜘蛛系统的数据集中消失，科学家可以推断出伴星使脉冲星黯然失色。从那里，他们可以计算系统向我们视线的倾斜、恒星的速度和脉冲星的质量。
PSR B1957+20，简称B1957，是1988年发现的第一个已知的黑寡妇。该系统的早期模型是根据可见光观测建立的，确定它与我们的视线成65度角，脉冲星的质量是太阳的2.4倍。这将使B1957成为已知最重的脉冲星，跨越了脉冲星和黑洞之间的理论质量极限。
通过查看费米数据，克拉克和他的团队发现了15个缺失的伽马射线光子。来自这些天体的伽马射线脉冲的时间是如此可靠，以至于在十年中有15个光子丢失，这一点非常重要，以至于研究小组可以确定该系统正在食环。然后他们计算出双星倾斜84度，脉冲星的重量只有太阳的1.8倍。
这篇新论文的合著者、华盛顿美国海军研究实验室的研究物理学家马修·科尔（Matthew Kerr）表示：“人们正在寻找巨大的脉冲星，而这些蜘蛛系统被认为是找到它们的最佳途径之一。”。“它们经历了从伴星到脉冲星的一个非常极端的质量转移过程。一旦我们真的对这些模型进行了微调，我们就可以确定这些蜘蛛系统是否比其他脉冲星种群更大。”
费米伽马射线太空望远镜是戈达德管理的天体物理学和粒子物理学合作伙伴。费米是与美国能源部合作开发的，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴作出了重要贡献。