你肯定对《三体》里那个混乱的三体世界念念不忘吧?谁能想到,中国天眼真在宇宙里找到了一个真实存在的三体系统。这事不是瞎猜,论文直接发了顶刊,欧美科学家独立分析数据,结论和我们完全一致。最有意思的是,这个三体里俩恒星已经凉透成了残骸,还有一个居然好好活着。
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这个脉冲星编号叫J0435+3233,2020年6月就被FAST的漂移扫描巡天团队抓到了信号。脉冲星本质是大质量恒星爆炸后留下的核心,把一个太阳的质量塞进直径20公里的球里,密度夸张到一勺中子星物质就有60亿吨,放到地球能压穿一切。它每秒自转超过312圈,你眨一次眼的功夫,它已经转了快一千圈,每转一圈甩出一道射电信号,所以才有了脉冲星这个名字。
新疆天文台团队接手后,用FAST对它持续监测了五年,累计拿到192次精确测量结果。一开始只发现它带了一个伴,是一颗白矮星,两个天体以8天为周期绕着彼此转。白矮星也是恒星的尸体,只不过中等质量恒星死得没那么暴烈,燃料耗尽吹走外层后留下核心,就成了白矮星。
要是只有这两个天体,那也不过是个普通的脉冲星双星系统,算不上什么惊天发现。可研究人员发现了反常的地方,这颗脉冲星的自转周期每年会变慢1纳秒。1纳秒听起来微不足道,对毫秒脉冲星来说,这个减速幅度比同类型脉冲星高出了一百倍,这事很快就发了《自然·天文》,全世界天文学家都被惊动了。
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韩金林研究员带着国内五家科研单位接手了第二阶段的研究,把能拿到的所有数据都翻了出来。有FAST的射电波段数据,欧洲Gaia卫星的光学数据,还有两个红外项目的观测数据,就连美国费米卫星18年攒下来的伽马数据都用上了。这批伽马数据有多稀缺?一个月平均只能探测到1个有效光子,18年下来总共也就160个,信号弱到几乎看不见。
就是靠着这些几乎可以忽略的微弱信号,中国团队成功锁定了第二颗伴星。它不是死透的白矮星,也不是中子星,是一颗质量和太阳差不多,还在正常燃烧的活着的恒星。它以73.5年为周期,沿着偏心率0.6的椭圆轨道,绕着脉冲星和白矮星的双星系统转,正是它的引力拉扯,造成了脉冲星自转的反常减速。
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一颗死成了脉冲星,一颗死成了白矮星,一颗还在正常燃烧,仨还是同一团宇宙气体云里诞生的三胞胎,走过了不同的生命路程,至今还被引力拴在一起,在宇宙里跳着漫长的三人舞。这不是科幻作家的脑洞,是FAST花了五年时间拼出来的真实宇宙图景。
在此之前,人类只确认过一个脉冲星三体系统,是2014年美国望远镜发现的。那个系统三颗星都已经死透,走到了恒星演化的终点,轨道近乎完美的圆形,安静得像三架精准运转的钟表。FAST这次发现的三体系统,和那个完全不一样。
第三颗恒星还活着,意味着这个系统还在变化演化,还在互相影响。这颗活恒星终有一天会耗尽燃料,膨胀成红巨星,最后塌缩成白矮星,到那时候这个系统就会变成和之前发现的那个一样的稳态。相当于FAST拍到了三体系统的青年期,之前美国拍到的是老年期,拼在一起就是完整的演化链条。
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这种活化石级别的发现,在天文学里一辈子都碰不上几次。更重要的是,这个系统轨道偏心率高达0.6,三颗星的引力交互效应非常明显,是检验广义相对论强等效原理的天然实验室。之前那个全死的三体系统已经做过测试,精度很高,但这个是三种完全不同的天体互相施加引力,广义相对论要是有一丝偏差,在这里最容易暴露出来。
这次用到的光学红外和伽马数据全都是公开档案,谁都能下载分析,欧洲团队也独立做了研究,得出了一样的结论。可中国团队算出来的轨道参数精度,比欧洲团队高了整整一个数量级,也就是十倍。同样的数据不同精度,差的就是数据处理和建模的硬实力,这句话轻描淡写的背后,是极其复杂的多体动力学计算,没点真本事根本做不出来。
FAST从2016年落成到现在刚好十年,十年间累计发现脉冲星超过1300颗,比同一时期国际上所有其他望远镜发现的总和还要多。基于FAST的数据,科研团队在《科学》《自然》发了13篇论文,多次入选年度十大突破,成绩放在十年前根本不敢想。
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刚建FAST的时候,不少国际声音质疑中国没有足够的科学家用好这个望远镜,觉得投这么多钱不值。现在数据说话,从发现第一颗脉冲星到突破一千颗,中国天眼只用了七年。人类从发现第一颗脉冲星到FAST落成,全世界五十年才找到不到三千颗,这个追赶速度,放在哪个领域都足够亮眼。
现在FAST还在升级,核心阵试验样机已经开工,以后会在周边新建多台射电望远镜组成阵列,灵敏度和分辨率还会再上一个台阶。刘慈欣在《三体》里构想的三体世界,核心就是三体问题的不可预测性,这个经典力学的老难题,从牛顿时代就没有通解。
这次找到的真实三体系统,刚好就是那种不规则的构型,活的,变化的,充满引力纠缠,正是物理学家做梦都想要的实验样本。地球上再先进的实验室也造不出这样的条件,三个不同类型不同演化阶段的天体,按真实的物理定律运转,答案就藏在精准的测量数据里。
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而FAST刚好是当今世界测量精度最高的射电望远镜,没有之一。科幻作家在键盘上构想出来的三体世界,贵州大山里的这口大锅,已经找到了它的真实坐标。它就在银河系某处,三颗星无声旋转,两个已经死透,第三个还在燃烧发光,而中国天眼,正看着它演化。
参考资料:
新华社《中国天眼发现世界首例尚在演化的原生脉冲星三体》
科技日报《"中国天眼"发现首例仍在演化脉冲星三体系统》
中国日报《"中国天眼"发现首例原生演化脉冲星三体系统》
新华社《千星璀璨!"中国天眼"发现脉冲星超1000颗》
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