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中国"天眼"发现轨道周期53分钟的脉冲星双星系统，这意味着什么？| 蔡一夫、马潇汉

本文由中国科学技术大学天文学系蔡一夫教授、马潇汉同学供稿，风云之声编辑部对文稿进行了简单的编辑，以方便各位观众理解。下面请大家享用对这项重要成果的解读。
最近，中国"天眼"FAST发布了一个重要成果：发现一个轨道周期仅仅为53分钟的脉冲星双星系统，刷新了脉冲双星最短轨道周期的纪录。它还填补了蜘蛛类脉冲星系统演化模型缺失的一环，一定程度上补全了“黑寡妇”脉冲星来自于“红背”脉冲星的观测拼图。（https://t.cn/A6pmVBY7）
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左：红色箭头指示M71E的位置，旁边是球状星团M71；右：来自FAST观测数据的M71E的平均脉冲轮廓和偏振位置角。
脉冲星是什么？

脉冲星双星系统呢？

蜘蛛类脉冲星又是什么？

黑寡妇和红背又是怎么回事？

脉冲星：宇宙中的信标和灯塔

脉冲星，得名于它会发出具有稳定周期的脉冲信号。这种脉冲信号是如此的稳定，以至于1967年24岁的女研究生乔丝琳·贝尔·伯奈尔发现脉冲星时，她的导师安东尼·休伊什和合作者的第一反应是：这是外星人发来的信号。他们甚至给外星人起了个名字，叫做“小绿人”！

后来，随着对这些脉冲信号的深入了解，天体物理学家们认为它们来自一些拥有强大磁场、快速旋转的中子星。根据现有的天体物理理论，大质量的恒星在经历了超新星爆炸以后所遗留下来的残骸由于角动量守恒，往往会具有极高的自转速度。当这些高速旋转的中子星产生的辐射光束穿过茫茫星海扫过地球时，我们就接收到了脉冲式的信号。

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脉冲星的脉冲信号非常稳定，堪比实验室中最精确的计时装置“原子钟”，所以我们可以把脉冲星作为宇宙中的信标和灯塔。因此，我们迫切希望发现与研究尽可能多的脉冲星。而这正是FAST最擅长的事。它作为目前世界上具有最大的“填充口径”的球面射电望远镜，具有一骑绝尘的脉冲星搜索能力。FAST自启用以来已经发现了超过740颗脉冲星，大大促进了我们对脉冲星的认知。

脉冲星双星系统、蜘蛛类脉冲星

脉冲星可以是单独的一颗，也可以跟另一颗恒星互相绕转，构成双星系统。在一类双星系统中，两颗星离得很近，质量较大的星体在引力的作用下会不断地把另一颗星体的物质抢夺过来。这类似于生物界雌蜘蛛吞食雄蜘蛛供养自身的行为，因此天文学家把这样的脉冲星系称为蜘蛛类脉冲星。

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红背和黑寡妇
蜘蛛类脉冲星又分为两类：“红背”和“黑寡妇”，它们分别是两种蜘蛛的名字。在“红背”状态的脉冲星系统中，伴星的质量大约为0.1～0.4倍太阳质量，绕转周期大约为一天。而“黑寡妇”状态的脉冲星系统伴星质量则小得多，远小于0.1倍太阳质量，绕转周期也更短。

现有的天体物理理论猜想，“黑寡妇”脉冲星系统是由“红背”系统演化而来。但以前这只是个猜想，因为没有观测到“红背”向“黑寡妇”转变的中间态。为什么呢？因为中间态的系统绕转周期太短了，双星间距太近了，观测非常困难。

搞清楚了脉冲星，脉冲星双星系统、红背和黑寡妇，现在就可以明白开头这则新闻的重要意义了。

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M71E在伴星质量-轨道周期图上的位置。红色和蓝色的线均表示双星演化理论模拟的路径。M71E处于演化中间状态。

通过中国“天眼”对名为PSR J1953+1844（M71E）的脉冲星双星系统长期的观测，科学家们认为这个系统处于“红背”到“黑寡妇”系统演化的中间状态。这一发现填补了相关领域的观测空白，强烈地证实了蜘蛛类脉冲星的演化理论。

从更大的视角来看，中国“天眼”独有的强大观测能力极大地丰富了我们对脉冲星家族的认识，在茫茫宇宙中织成了一张脉冲星的信标之网。这些脉冲星有可能组成一个计时阵列，帮助科学家们检测宇宙尺度上时间的微小变化。

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“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）
例如，这种能力可以被用来探测低频率的引力波，这些引力波可能具有宇宙学的起源，携带着早期宇宙的信息，对引力理论提出启发。中国科学技术大学天文学系蔡一夫教授的团队就提出，早期宇宙中声速共振机制所产生的引力波可以被脉冲星计时阵列观测和检验。

所以，这个故事既是天文学的重要发现，也是中国科技进步的生动体现。随着中国在基础科学领域的持续投入，来自中国的观测设备和科研人员将越来越多地为探索人类认知的边界做出重要贡献，未来将有数不胜数的科技成果等着我们去发现。

《请接收，来自星星的信》

我喜欢在看书之前，预判一下每本书所呈现的内容、风格......面对《星际信使》，有些困惑，我特意看了一下这本书的封底，上架建议是畅销•科学史与哲学•普及读物。我一直知道图书馆学是一门很严谨规范的学科，现在更是深有感触，一本读书的类别原来可以做到如此精细区分。

《星际信使》看来一定不是科幻小说，顺着目录，我最先选择看“生命与死亡”，也就是最后一章。首页就读到这么几段文字，“每一秒有四个生命诞生......”“每一秒有两个生命离开。”“今天的人类寿命是1900年人类寿命的两倍......”。无论我们在讨论人生、生命、生活，还是活着、过日子，终归是在以一个时间为维度来作考量。

那么面对一个并非完全不可能的假设：“假设我们可以永远活着~”......你会愿意吗？当然，我们要在有选择权的时候回答这个问题。也许你会脱口而出，“为什么不呢？”

类似的假设，书里面还有很多，假如一位星际信使从外太空来访地球，你是否好奇他从宇宙视角如何看待人类文明？如果你“杀死”了一个外星人，这算不算犯了“谋杀罪”？偶尔一些“假设”好似惊雷炸开，我们慌不择路想回归现实，稍稍安定心神又琢磨着从哪个章节再次溜进作者的世界，这是一种前所未有的读书体验。

这本书给我的感觉好像一个人信马由缰的浪漫思考着，不受限制想到哪儿就写到哪儿，并不期待谁的回应，就好比在这空气中有ta自己的回声般一点儿不寂寞。我们在作者织就得思想幻境中徜徉不知归途。

这个有着科普热情和雄辩天赋的作家是谁呢？

他的名字叫尼尔·德格拉斯·泰森，是美国家喻户晓的天体物理学家，担任美国自然历史博物馆海登天文馆馆长近三十年。鉴于其在天文学科普方面的杰出贡献，2001年小行星13123以他的名字命名。他还是一位活跃在电视屏幕上的主持人、策划人，曾获“斯蒂芬·霍金科学传播奖”、NASA杰出公共服务奖章，被誉为“卡尔·萨根接班人”。

看过这本《星际信使》，我会很想把尼尔·德格拉斯·泰森的《给忙碌者的天体物理学》、《把宇宙作为方法》和《140亿年宇宙演化全史》拿来读一读，相信在他幽默而散文化的语言中一定会再次带我们重新理解科学与文明。#好书推荐#

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霍金去世前，曾向中国发出严正警告！！！

原因是，当时中国贵州的射电望远镜“天眼”接收到一个来自外太空4光年外的可疑信号。

得知这一消息后，霍金郑重地警告中国：“不要回答！不要回答！不要回答！”

后经过中国政府对外星文明接触各种可能性的慎重考虑和分析，决定不能放过这次千载难逢的机会，并认为中国不回答其他国家也会回答，而且指出这次的交流也许可以引发全人类科技的大跃进。

中国决定回答。

之后中国科学家宣布了发现了太阳的分层结构，可以利用太阳当作一个电波放大器，将人类的信号扩大发送到宇宙中。

随即，霍金再一次警告：“不要回答！不要回答！不要回答！”

中国用太阳向接收4光年外信号的方向，回复了一封信息。内容包括地球行星概况、地球生命系统概括、世界历史基本信息、全部信息为17.5KB。

历史学家们命名这一天为“回复日”。

八年之后，全球射电基地同时收到了数以万计的宇宙信号，全部来自四光年外的同一个方向。面对如此反常的信号，人类终于意识到了危险和恐惧。

联合国紧急召开会议，共同研究外星信息内容破译，并宣布全球进入战备状态。

在这段时间地球每日都在持续接收大量外星信号下，联合国外星信息解译小组成立了，集合了所有世界顶尖级科学家，并马上投入到对这几万条外星信息内容的破解翻译工作中。

联合国确定了一个国际性的合作方案，并正式启动了人类逃亡计划，各国拟定经济节省计划，控制人口计划，并开始投入全力研究宇航技术，建造太空舰队。

此时，地球每天收到的外星信号越来越多。人类知道，留给自己的时间不多了。

外星信息解译小组对外宣布：解译程序终于开发成功！

联合国大厦的会议室里，各国首脑紧张地盯着屏幕，程序显示这几万条外星信号都系同样一个信息，随着电脑的破解，一行字清晰地显示在屏幕里，人类终于第一次读到了来自宇宙中另一个世界的信：金泰亨大吧6.10活动请多多关心吧[举手]

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