四川天文台在双中子星领域获进展

近日，南京大学郭云浪博士与焦点平台四川天文台王博研究员等人在双中子星领域获得了新进展。他们给出了电子俘获超新星通道形成双中子星系统的参数空间，并发现该通道能够解释观测上大多数的双中子星系统特征。国际科学期刊英国《皇家天文学会月刊》（MNRAS）在线发表了这一题为“Electron-capture supernovae in NS + He star systems and the double neutron star systems”的成果。

双中子星系统是恒星演化和双星相互作用的终点，同时也是重要的引力波源（见图1）。它们通常被认为起源于中子星+氦星双星系统：氦星在经历超新星爆炸形成中子星后，若双星系统还能够幸存，那么就会形成双中子星系统。双中子星系统形成的研究有助于人们对极端条件下物理过程的认识，同时也为双星演化中关键的物理过程提供了重要的约束。

在中子星+氦星双星系统中，氦星伴星在经历氦燃烧、碳燃烧阶段后，内部会形成一个主要由氧、氖元素构成的金属核。如果该氧氖核的质量接近钱德拉赛卡质量极限，那么中心将触发电子俘获反应，从而通过电子俘获超新星爆发（electron-capture supernovae）塌缩成中子星，即形成双中子星系统的电子俘获超新星通道。电子俘获超新星具有低的爆发能量以及反冲速度，因此爆炸后双星系统幸存下来的概率较高。这意味着该通道对双中子星系统的形成具有重要的贡献。

项目组成员们对形成双中子星系统的电子俘获超新星通道进行了系统性研究，给出了该通道下形成双中子星系统的初始参数空间，发现该参数空间中的氦星伴星质量和最小初始轨道周期随着金属丰度的增加而增加。同时，通过考虑氦星伴星在塌缩成中子星时受到的反冲速度，研究了该通道下形成双中子星系统的特征。他们发现低的反冲速度(小于50km/s，见图2)能够解释观测上大多数的双中子星系统特征。此外，通过考虑氦星表面的残留氢包层，科研人员还发现中子星在双星演化过程中能够从伴星上吸积更多的物质，从而达到更快的转速。

该成果受到了国家杰出青年科学基金以及焦点平台西部之光交叉团队专项计划等项目的支持。

图1.双中子星系统示意图

图2. 双中子星系统在轨道周期-偏心率平面上的分布，每个子图对应不同的反冲速度。紫色区域表示模拟给出的双中子星系统分布，红色五角星表示观测样本。