寻找一颗星星

　　需要多久？

　　如果它恰好又是“安静”的存在呢？

　　近日

　　厦大物理科学与技术学院的

　　顾为民教授研究团队及其合作者们

　　经过4年多的探索发现了

　　一个处于宁静态的中子星候选体

　　与红矮星组成的双星系统

　　该研究成果发表于《自然·天文》上

　　01

　　安静的星星

　　中子星不仅记录了大质量恒星的质量分布、演化历史、银河系金属增丰等关键信息，还可能与地球上的黄金等重金属的来源息息相关。但由于距离太远，要想从宇宙中把它们找出来可没那么容易。

　　一直以来，天文学家们通过射电、X射线、伽马射线或者引力波等信号来搜寻探测中子星。这些技术能够运用的前提是，目标中子星本身就能发出被识别的“信号”。

　　但有一类中子星，它是“安静”的存在——既没有向地球发射射电脉冲，也没有吸积物质产生高能辐射，现有的技术手段无法直接探测到它。

　　这样安静的星星，要如何从浩瀚星海中找到它呢？

　　它的朋友会“出卖”它。

　　一个明亮的恒星和一个不可见的天体，可以组成一类特殊的双星系统“单线谱双星”。由于明亮的恒星在看不见天体（如中子星）的引力场中做周期性运动，其恒星光谱吸收线呈现周期性多普勒移动。根据光谱的多普勒移动，就可以计算双星的动力学并推测不可见星体的属性了。

　　研究团队正是利用这种方法，发现了一个处于宁静态的中子星候选体与红矮星组成的双星系统。9月22日，该研究成果以“A dynamically discovered and characterized non-accreting neutron star - M dwarf binary candidate”为题，发表于《自然·天文》（Nature Astronomy）。论文第一作者为厦门大学天文学系博士后伊团，三位共同通讯作者为厦门大学天文学系教授顾为民、副教授孙谋远和中科院国家天文台研究员刘继峰。

　　“这是继2019年认证一颗宁静状态的恒星级黑洞后，LAMOST黑洞猎手团队在探寻致密天体领域取得的又一项重要成果。”刘继峰说。

　　02

　　“淘金”的“黑洞猎手”

　　这项研究的起源，与一个特殊的计划有关——“LAMOST黑洞猎手计划”。

　　该计划由刘继峰在2019年发起，团队由中科院国家天文台、中科院上海天文台、厦门大学、南京大学、武汉大学等跨院校研究组的数十位成员组成。他们的目标，是基于我国LAMOST望远镜（又称郭守敬望远镜）的时域巡天数据，发现并测量更多的黑洞、中子星等致密天体。

　　坐落在河北兴隆的郭守敬望远镜，是我国自主研发的主动反射式施密特望远镜，具有领先世界的恒星光谱获取率和大规模时域巡天的优势。它所发布的约2000万条恒星光谱数据，是国际上所有其他光学巡天项目发布恒星光谱数据总和的两倍。

　　这样量级的望远镜，它所观测到的信息并非肉眼就可以看到的图像，而是海量的数据。天文学家们要做的，正是解读这些海量的数据，从中挖掘“有趣的东西”。

　　这个过程有点像淘金，只有不断地重复筛选，才能得到他们期待的“金子”。2018年，顾为民团队与刘继峰团队合作，以3000多个可能包含致密天体的单线谱双星为目标，开启了他们的“淘金”之旅。

　　数不清的深夜里，团队成员们都守在电脑前，耐心地，与这些海量的数据对话。“可能是因为我们天文系只有晚上才能观测到星星，所以我们都有点‘夜猫子’习惯。”论文第一作者伊团笑着说道。

　　3000，或许在数千万量级的数据库面前不值一提，但它还是太多了。如何利用有限的数据，进一步缩小目标范围？

　　为此，顾为民提出了一个全新的方法——利用相邻两次曝光的视向速度变化率，结合时域测光得到的光变曲线所暗含的轨道周期信息，来获取单线谱双星中不可见伴星的质量下限。该方法在将研究目标缩小至10余个的同时，还为发现一批致密天体候选源奠定了基础。

　　03

　　多看星星几眼

　　不过，这几个“潜力股”，仅有2至5次连续曝光的光谱。这意味着，仅凭这些数据难以给出一个科学可信的结论。

　　要想扩充数据量，就得增加观测，也就是“多看它几眼”。

　　然而，大型天文望远镜的使用时间很难获取。使用前需要填表申请，与其他科研团队“竞标”观测时间。在经过了半年多的等待后，他们终于等来了一个机会。

　　2019年3月，厦门大学顾为民教授和王俊峰教授前往美国，利用帕洛玛天文台的海尔5米望远镜对筛选出来、且适宜在3月份观测的数个双星系统进行了时域光谱观测。但留给他们观测的时间，只有两个晚上。

　　更焦灼的是，那段时间，帕洛马山连续下了多日大雪，直到他们观测的第一天晚上，大雪仍未停止。雨雪天气的空气湿度过大，在这种条件下，天文台望远镜无法正常使用。也就是说，苦等了半年的机会，也许就要打水漂了。

　　幸运的是，第二天天一亮，雪就停了。激动万分的两人决定临时更改观测计划，“‘长跑’和‘短跑’的跑法是不一样的。因为只有一个晚上的观测时间，我们很快决定要把观测的重点放在一个轨道周期短的目标上。”

　　最终，观测得以顺利完成。而他们重点观测的这位“短跑能手”，正是后来发现的那颗致密天体。

　　“这也算是一种‘因祸得福’吧！”回忆起当时的情景，顾为民仍难掩喜悦。

　　而后，为了更准确地限定该致密天体的质量，孙谋远提出，可以借助于凌星系外行星巡天卫星（TESS）提供的高精度测光数据。利用“空间”和“地面”望远镜的联合测量，研究团队得出了结论，该致密天体的质量约为1.24倍太阳质量。因此，该致密天体可能是中子星或极大质量白矮星。

　　至此，这颗安静的星星，终于被揭开层层面纱，露出了真容。

　　谈及这项研究，顾为民首先想到的词是“合作”。从观测到理论分析，从数据筛选到处理分析，朝真理靠近的每一步，都离不开多个科研团队的群策群力。

　　浩瀚无垠的宇宙，总能给予人们无尽的想象。生命是如何起源的？宇宙的尽头在哪里？……还有无数的奥秘等待我们揭晓。而此刻，星空下，天文工作者们仍在向远方眺望。

　　他们凝视着科学的宇宙，只为寻找一颗安静的星星。