西部211，迎2篇Nature！

蜘蛛脉冲星是在近距离轨道上有伴星的中子星。伴星将物质脱落到中子星上，使其旋转到毫秒的自转周期，而轨道缩短到数小时。伴星最终被脉冲星风和辐射“烧蚀”并毁灭。它们是研究吸积X射线脉冲星与孤立的毫秒脉冲星、脉冲星辐照效应和大质量中子星诞生之间的演化联系的关键。

2023年6月20日，贵州大学/中国科学院国家天文台姜鹏、中国科学院国家天文台韩金林及美国内华达大学B. Zhang共同通讯在Nature 在线发表题为“A Binary Pulsar in a 53-minute Orbit”的研究论文，该研究报告了对双毫秒脉冲星PSR J1953+1844 (M71E)的射电观测。

据悉，此前的3月8日，云南大学张喜光及英国杜伦大学 Martin R. Smith（云南大学杨杰及贵州大学兰天为文章的共同第一作者）在Nature 在线发表题为“Protomelission is an early dasyclad alga and not a Cambrian bryozoan”的研究论文，该研究表明Protomelission 是一种早期的绒枝藻，而不是寒武纪苔藓虫。

PSR J1953+1844 (M71E)是在2021年使用500米口径球面射电望远镜(FAST)发现的，由FAST银河平面脉冲星快照调查发现，并确定为双星。利用FAST球状星团脉冲星调查的存档数据，确定了其轨道参数。后续观测于2021年9月开始。通过脉冲星定时测量了它的自旋、天文测量和轨道参数。它的轨道周期为53.3分钟，而之前记录的双星脉冲星轨道周期是来自J1653-0158的75分钟，来自光源ZTF J1406+1222 的62分钟。该脉冲星的色散测量值为113.1 pc cm−3，接近但低于M71。

它的计时位置(J2000 19:53:37.95 +18:44:54.3)距离M71的中心大约2.5弧分(J2000 19:53:46.49 +18:46:45.1)。钱德拉X射线几乎在定时位置被识别出来，而没有光学(SDSS)、红外(2MASS)或伽马射线(费米卫星)在档案数据的定时位置周围被识别出来。钱德拉数据的细节可以在方法中找到。M71的核心半径、投射半光半径和半质量半径(3D)分别为1.07、3.32和4.81 pc。假设到脉冲星和球状星团的距离相同，这颗脉冲星不在M71的核心区域，而仍在M71的外围。因此，这颗脉冲星是否是这个球状星团的成员是有争议的。作者把它命名为M71E，因为它离M71很近，很可能是M71中的双星。假设脉冲星的质量为1.4 M⊙(中子星的典型质量)，并根据时间解，得到最小伴星质量为0.008 M⊙。

由于毫秒脉冲星的质量分布可能是双峰的，而蜘蛛中的脉冲星质量往往更重，为了进一步分析，作者假设M71E中子星的可能质量为1.0、1.4或2.0 M⊙。紧凑的轨道消除了主序伴星的可能性，只有白矮星或褐矮星的密度足够达到这样的周期。根据M71E计时得到的质量函数，研究人员对轨道倾角与伴星质量的关系给出了一个一般性约束。

M71E在伴星质量-轨道周期平面上的位置及其与双星演化模型的比较（图源自Nature ）

研究人员首先考虑白矮星伴星。分离双星系统中白矮星质量的观测下限为~ 0.16M⊙，理论质量下限为~ 0.14 M⊙，低于此下限的白矮星很难从双星演化中形成。在假定脉冲星质量的大范围内，为了使伴星质量大于或等于0.16 M⊙，允许的倾角应该非常接近，即i < 3.6 o。对于轨道倾角的随机分布，即使脉冲星质量为2.0 M⊙，出现如此小的轨道倾角的概率也小于0.3%。此外，没有直接的双星演化通道来形成如此紧密轨道的分离白矮星-中子星双星。因此，作者不赞成M71E的伴星是白矮星。

蜘蛛脉冲星的形成通道仍有争议。考虑到这个系统可能位于球状星团中，原则上可能是交换相互作用的产物。然而，由于缺乏对该通道的自洽计算，目前尚不清楚M71E的具体参数是否可以用动态通道来解释。此外，不能排除该系统是由中子星- He/CO白矮星系统演化而来，具有稳定的传质过程。这样的中子星- He/CO白矮星双星的轨道周期可以达到53.3分钟，此时He/CO白矮星的质量点应该在0.01 M⊙左右。此外，这类中子星- He/CO白矮星双星的轨道周期预计在6.80−9.64 min左右，明显小于M71E的轨道周期，因为He/CO白矮星的质量降低到0.05−0.10 M⊙。然而，在这种情况下，作者没有考虑脉冲星发射蒸发的影响，这可能会扩大双星分离并有助于解释M71E的性质。

综上，该研究表明双毫秒脉冲星PSR J1953+1844 (M71E)的轨道周期为53.3分钟，伴星质量为0.07 M⊙。它是一个微弱的X射线源，距离球状星团M71的中心2.5角分。

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https://www.nature.com/articles/s41586-023-06308-w

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本文来源：iNature

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