宇宙，這個充滿無限奧秘的空間，一直讓我們?nèi)祟惓錆M好奇。我們都知道恒星能發(fā)光發(fā)熱，像太陽一樣給周圍帶來光明和溫暖；行星則圍繞著恒星運轉(zhuǎn)，比如我們生活的地球，還有火星、木星這些大家耳熟能詳?shù)男乔颉５谟钪嬷校€存在著一些既不是恒星，也不是行星的神秘天體，它們靜靜地待在浩瀚宇宙的各個角落，卻揭示著宇宙最深層的秘密。今天，咱們就一起來聊聊這些特別的天體。

先來說說流浪行星質(zhì)量天體，這名字聽起來就挺神秘的。啥是流浪行星質(zhì)量天體呢？簡單講，它的質(zhì)量介于恒星和行星之間，一般低于氘燃燒極限，大概是 13 倍木星質(zhì)量左右，和巨行星質(zhì)量相近，可卻不被任何恒星束縛，在宇宙里自由自在地 “流浪”。2000 年的時候，科學(xué)家們首次探測到了它們，這之后，尤其是近五年，觀測到的樣本數(shù)量一下子增多了，研究發(fā)現(xiàn)，它們廣泛分布在年輕星團中。

那它們是怎么形成的呢？過去二十多年，科學(xué)家們有兩種主流想法。一種認(rèn)為它們可能是分子云坍縮形成的極低質(zhì)量恒星，還有一種覺得它們也許是從母恒星系統(tǒng)中被拋射出來的巨行星。可后來研究發(fā)現(xiàn)，這兩種理論都不太能解釋清楚一些現(xiàn)象。比如說，它們的數(shù)量特別多，多體系統(tǒng)，像雙星或者三星系統(tǒng)也不少，而且它們的運動特征和恒星有很多一致性，這些都沒辦法用之前的理論完美解釋。就拿獵戶座大星云中的 “四合星” 星團來說，里面流浪行星質(zhì)量天體的數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)恒星質(zhì)量函數(shù)的預(yù)測，并且大概 9% 的流浪行星質(zhì)量天體是以多體系統(tǒng)的形式存在，這和極低質(zhì)量恒星系統(tǒng)的特性完全不一樣。還有啊，很多流浪行星質(zhì)量天體周圍存在延展的氣體盤，半徑能達(dá)到 100 倍日地距離那么遠(yuǎn)，這說明它們是和恒星同時在星云氣體耗散之前形成的，而且從來沒被恒星束縛過。因為要是被恒星束縛過，氣體盤的大小肯定會被恒星引力嚴(yán)重限制。

后來，中國科學(xué)院上海天文臺鄧洪平研究員領(lǐng)導(dǎo)的國際合作科研團隊有了新發(fā)現(xiàn)。他們提出了早期星周盤相互作用形成流浪行星質(zhì)量天體的全新理論。通過高精度流體動力學(xué)模擬，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩顆年輕恒星的星周盤，以特定角度和速度近距離相遇的時候，潮汐力會發(fā)揮神奇的作用，把星周盤拉伸，形成細(xì)長的 “潮汐橋”。然后，這些橋狀結(jié)構(gòu)在引力的影響下，會進一步收縮，變成致密的線狀分子云，最后斷裂、坍縮，就形成了獨立的流浪行星質(zhì)量天體。這個過程在密集星團里，比如 “四合星” 星團，產(chǎn)生效率特別高。當(dāng)星周盤以每秒 2 - 3 公里的速度，在 300 - 400 天文單位的距離擦肩而過時，“潮汐橋” 的線密度會超過穩(wěn)定性的臨界值，這個時候，就有可能同時產(chǎn)生好多個流浪行星質(zhì)量天體，甚至還能形成緊密的雙星或三星系統(tǒng)。在致密的 “四合星” 星團里，恒星相遇很頻繁，而且恒星速度彌散剛好就在每秒 2 - 3 公里這個范圍，所以這里就成了流浪行星質(zhì)量天體的 “搖籃”，孕育出了目前觀測到的最大的流浪行星質(zhì)量天體群。而在恒星運動速度彌散很小的 IC348 星團里，流浪行星質(zhì)量天體就特別少見。并且，按照這個理論形成的流浪行星質(zhì)量天體，周圍還能保留延展的氣體盤，這和實際觀測結(jié)果高度吻合，進一步證明了這個理論的可靠性。

再講講另一種神秘天體 —— 脈沖星。北京時間 2025 年 5 月 23 日，國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表了中國科學(xué)家的一項最新研究成果。中國科學(xué)院國家天文臺韓金林研究員帶領(lǐng)團隊，利用中國天眼 FAST 發(fā)現(xiàn)了一個罕見的毫秒脈沖星。這個脈沖星和它的伴星，以 3.6 小時的周期相互繞轉(zhuǎn)，而且有六分之一的時間，脈沖星會被伴星遮擋，也就是出現(xiàn)掩食現(xiàn)象，這就好像我們平時看到的日食或月食一樣。

在浩瀚的銀河系里，大多數(shù)恒星都是成對出現(xiàn)的，它們組成雙星系統(tǒng)，一起演化。可雙星系統(tǒng)到底是怎么交互、怎么演化的，過去幾十年一直是天文學(xué)領(lǐng)域的前沿難題。按照恒星演化理論，質(zhì)量越大的恒星，演化速度越快。在雙星系統(tǒng)里，質(zhì)量大的恒星一般會先演化，最后塌縮成密度極高的致密星，像中子星或者黑洞。這時候，質(zhì)量小的伴星應(yīng)該繼續(xù)演化，但是在這個過程中，伴星的物質(zhì)會被致密星吸積，伴星因為質(zhì)量流失，體積就會膨脹，甚至有可能膨脹到把致密星都 “攬入懷中”，然后它們會在公共的氫元素包層里一起演化大概 1000 年。在這 1000 年里，有強引力的致密星一方面瘋狂吸積伴星的物質(zhì)，讓自己自轉(zhuǎn)加快；另一方面，在和伴星相互繞轉(zhuǎn)的時候，把公共的氫包層全部吹散，最后就留下伴星中心燃燒的內(nèi)核。這時候的伴星，主要靠燃燒氦元素發(fā)光，溫度能達(dá)到幾萬度。千年之后，經(jīng)歷了這一系列過程的雙星，最終就剩下快速自轉(zhuǎn)的致密星和高溫氦星，它們在非常緊密的軌道上相互繞轉(zhuǎn)。不過，這類特殊的雙星系統(tǒng)在宇宙中存活的時間很短，也就大約 1000 萬年。對于已經(jīng)有 138 億年歷史的宇宙來說，它們就像夜空中一閃而過的流星，稍縱即逝。根據(jù)團隊做的模擬分析，在銀河系千億顆恒星里，這樣的系統(tǒng)估計只有幾十個，所以它們極其罕見，也特別難觀測到。也正因為如此，天文學(xué)家推斷的雙星系統(tǒng)公共包層演化理論，長期以來都缺乏直接觀測證據(jù)的支持。

咱們的中國天眼 FAST 可太厲害了，它靈敏度極高，是發(fā)現(xiàn)脈沖星的得力工具，對觀測處于極短周期軌道上的脈沖星更是敏銳。2020 年 5 月，韓金林研究員團隊用 FAST 對銀河系進行脈沖星深度搜索的時候，發(fā)現(xiàn)了一顆自轉(zhuǎn)周期為 10.55 毫秒的毫秒脈沖星 PSR J1928 + 1815。后來，在 2020 年 11 月又進行了幾次后續(xù)觀測，證實了它處在一個半徑只有 50 萬公里的致密軌道上，相互繞轉(zhuǎn)的軌道周期僅僅 3.6 小時。而且它和伴星相互繞轉(zhuǎn)的時候，大約六分之一的時間會被伴星遮擋。據(jù)推測，這個伴星的質(zhì)量至少有 1 個太陽那么重，這可比一般掩食脈沖星的伴星重多了，但是這個狹小的軌道，根本容不下像太陽這么大的恒星。經(jīng)過多方面的限制和推斷，科學(xué)家們認(rèn)為這個伴星既不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而應(yīng)該是經(jīng)歷過公共包層演化的氦星。脈沖星信號出現(xiàn)掩食現(xiàn)象，就是因為氦星甩出來的星風(fēng)物質(zhì)遮擋造成的。

這個罕見天體的發(fā)現(xiàn)，對天文學(xué)研究意義重大。首先，對于研究了多年的恒星演化理論來說，這個雙星系統(tǒng)就是雙星公共包層演化階段之后，處于致密軌道的特殊雙星。它能幫助我們完善和深化對雙星演化具體過程的理解，比如兩顆星是怎么靠近，導(dǎo)致軌道收縮的；兩顆星之間的物質(zhì)是怎么交流的；中子星的自轉(zhuǎn)又是怎么加速到幾個毫秒的；公共氫元素包層是怎么被致密星吹散的等等。其次，這個中子星在公共包層里，應(yīng)該在很短時間內(nèi)吸積了大量物質(zhì)，才讓脈沖星自轉(zhuǎn)加快，所以這個新發(fā)現(xiàn)的致密雙星，可能是中微子散熱機制理論的一個重要例證。另外，這個新發(fā)現(xiàn)的稀有雙星，未來還可能演化成為引力波源，這又為致密雙星并合和引力波的產(chǎn)生機制，提供了新的限制條件。

宇宙中這些既不是恒星，也不是行星的神秘天體，它們獨特的性質(zhì)和形成機制，為我們打開了一扇扇了解宇宙的新窗口。隨著科學(xué)家們不斷深入研究，未來，我們肯定還會有更多驚人的發(fā)現(xiàn)，讓我們一起期待，一起探索這充滿奧秘的宇宙吧！如果覺得這篇文章有意思，就請動動你發(fā)財?shù)男∈贮c贊關(guān)注，祝你天天好運，財源廣進！