神秘的宇宙“蜘蛛”被发现是强大的伽马射线的来源

一个明亮、神秘的伽马射线源被发现是一颗快速旋转的中子星（被称为毫秒脉冲星），它正围绕着一颗正在演化为极低质量白矮星的恒星运行。这些类型的双星系统被天文学家称为“蜘蛛”，因为脉冲星在变成白矮星时往往会 “吞噬”伴星的外部部分。

天文学家使用智利Cerro Pachón的4.1米SOAR望远镜探测到了这个双星系统，该望远镜是美国国家科学基金会NOIRLab计划中Cerro Tololo美洲天文台（CTIO）的一部分。

美国宇航局（NASA）的费米伽马射线空间望远镜自2008年发射以来，一直在对宇宙中产生大量伽马射线的天体进行编目，但并不是所有它探测到的伽马射线源都被分类。其中一个被天文学家称为4FGL J1120.0-2204的伽马射线源，是整个天空中第二亮的伽马射线源，直到现在还没有被识别。

来自美国和加拿大的天文学家，在华盛顿特区美国海军研究实验室的Samuel Swihart的带领下，使用SOAR望远镜上的古德曼光谱仪来确定4FGL J1120.0-2204的“真实身份”。正如NASA的Swift和欧空局的XMM-牛顿太空望远镜所观察到的那样，这个伽马射线源也发射出X射线，它被证明是一个由每秒旋转数百次的“毫秒脉冲星”和一个极低质量白矮星的前体组成的双星系统。这个系统位于2600光年之外。

“密歇根州立大学在SOAR望远镜上投入的时间，它在南半球的位置以及古德曼光谱仪的精确性和稳定性，都是这一发现的重要方面，”Swihart说。

美国国家科学基金会NOIRLab项目主任Chris Davis指出：“这是一个很好的例子，说明一般的中型望远镜，特别是SOAR，可以用来帮助描述其他地面和天基设施的不寻常发现。我们预计，在未来的十年里，SOAR将在许多其他时变和多信使源的跟踪中发挥关键作用。”

由古德曼光谱仪测量的双星系统的光学光谱显示，来自原白矮星伴星的光是多普勒位移的--交替位移到红色和蓝色--表明它每隔15小时就围绕一颗紧凑、大质量的中子星运行。

Swihart说：“光谱还使我们能够约束伴星的大致温度和表面重力，”他的团队能够利用这些属性并将其应用于描述双星系统如何演变的模型。这使他们能够确定该伴星是一颗极低质量的白矮星的前身，其表面温度为8200℃，质量仅为太阳的17%。

当一颗质量与太阳相似或更小的恒星到达其生命的终点时，它将耗尽用于推动其核心核聚变过程的氢。有一段时间，氦气会接管并为恒星提供动力，使其收缩和升温，并促使其膨胀和演化成一个大小为数亿公里的红巨星。最终，这颗膨胀的恒星的外层可以被吸附到一个双星伴星上，核聚变停止，留下一个与地球差不多大小的白矮星，在超过100,000℃的温度下发热。

4FGL J1120.0-2204系统中的原白矮星还没有完成演化。Swihart说：“目前它是膨胀的，半径大约是质量相似的正常白矮星的五倍。它将继续冷却和收缩，在大约20亿年后，它将看起来与我们已经知道的许多极低质量的白矮星相同。”

毫秒脉冲星每秒钟旋转数百次。它们是通过从一个伴星那里吸收物质而旋转起来的，在这种情况下，它们来自成为白矮星的恒星。大多数毫秒脉冲星都会发出伽马射线和X射线，通常是当脉冲星风（即从旋转的中子星发出的带电粒子流）与从伴星发出的物质相碰撞时。

Swihart表示，目前已知的极低质量的白矮星大约有80个，但“这是发现的第一个极低质量的白矮星的前兆，它很可能是围绕着一颗中子星运行”。因此，4FGL J1120.0-2204是对这一自旋过程尾部的独特观察。所有其他已经发现的白矮星-脉冲星双星都远远超过了自旋上升阶段。

Swihart说：“用SOAR望远镜进行的后续光谱分析，针对的是不相关的费米伽马射线源，使我们能够看到这个伴星正在围绕着什么东西运行。如果没有这些观测，我们不可能发现这个令人兴奋的系统。”

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