宇宙，這個充滿無限奧秘的空間，一直讓我們人類充滿好奇。我們都知道恒星能發光發熱，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，比如我們生活的地球，還有火星、木星這些大家耳熟能詳的星球。但在宇宙中，還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量天體，這名字聽起來就挺神秘的。啥是流浪行星質量天體呢？簡單講，它的質量介于恒星和行星之間，一般低于氘燃燒極限，大概是 13 倍木星質量左右，和巨行星質量相近，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，觀測到的樣本數量一下子增多了，研究發現，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，科學家們有兩種主流想法。一種認為它們可能是分子云坍縮形成的極低質量恒星，還有一種覺得它們也許是從母恒星系統中被拋射出來的巨行星。可后來研究發現，這兩種理論都不太能解釋清楚一些現象。比如說，它們的數量特別多，多體系統，像雙星或者三星系統也不少，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，里面流浪行星質量天體的數量，遠遠超過了傳統恒星質量函數的預測，并且大概 9% 的流浪行星質量天體是以多體系統的形式存在，這和極低質量恒星系統的特性完全不一樣。還有啊，很多流浪行星質量天體周圍存在延展的氣體盤，半徑能達到 100 倍日地距離那么遠，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重限制。

后來，中國科學院上海天文臺鄧洪平研究員領導的國際合作科研團隊有了新發現。他們提出了早期星周盤相互作用形成流浪行星質量天體的全新理論。通過高精度流體動力學模擬，科學家們發現，當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，潮汐力會發揮神奇的作用，把星周盤拉伸，形成細長的 “潮汐橋”。然后，這些橋狀結構在引力的影響下，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量天體。這個過程在密集星團里，比如 “四合星” 星團，產生效率特別高。當星周盤以每秒 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” 的線密度會超過穩定性的臨界值，這個時候，就有可能同時產生好多個流浪行星質量天體，甚至還能形成緊密的雙星或三星系統。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量天體的 “搖籃”，孕育出了目前觀測到的最大的流浪行星質量天體群。而在恒星運動速度彌散很小的 IC348 星團里，流浪行星質量天體就特別少見。并且，按照這個理論形成的流浪行星質量天體，周圍還能保留延展的氣體盤，這和實際觀測結果高度吻合，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，國際學術期刊《科學》在線發表了中國科學家的一項最新研究成果。中國科學院國家天文臺韓金林研究員帶領團隊，利用中國天眼 FAST 發現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，而且有六分之一的時間，脈沖星會被伴星遮擋，也就是出現掩食現象，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，大多數恒星都是成對出現的，它們組成雙星系統，一起演化。可雙星系統到底是怎么交互、怎么演化的，過去幾十年一直是天文學領域的前沿難題。按照恒星演化理論，質量越大的恒星，演化速度越快。在雙星系統里，質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，質量小的伴星應該繼續演化，但是在這個過程中，伴星的物質會被致密星吸積，伴星因為質量流失，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，讓自己自轉加快；另一方面，在和伴星相互繞轉的時候，把公共的氫包層全部吹散，最后就留下伴星中心燃燒的內核。這時候的伴星，主要靠燃燒氦元素發光，溫度能達到幾萬度。千年之后，經歷了這一系列過程的雙星，最終就剩下快速自轉的致密星和高溫氦星，它們在非常緊密的軌道上相互繞轉。不過，這類特殊的雙星系統在宇宙中存活的時間很短，也就大約 1000 萬年。對于已經有 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。根據團隊做的模擬分析，在銀河系千億顆恒星里，這樣的系統估計只有幾十個，所以它們極其罕見，也特別難觀測到。也正因為如此，天文學家推斷的雙星系統公共包層演化理論，長期以來都缺乏直接觀測證據的支持。

咱們的中國天眼 FAST 可太厲害了，它靈敏度極高，是發現脈沖星的得力工具，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，發現了一顆自轉周期為 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，相互繞轉的軌道周期僅僅 3.6 小時。而且它和伴星相互繞轉的時候，大約六分之一的時間會被伴星遮擋。據推測，這個伴星的質量至少有 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。經過多方面的限制和推斷，科學家們認為這個伴星既不是普通恒星，也不是演化后的致密伴星，而應該是經歷過公共包層演化的氦星。脈沖星信號出現掩食現象，就是因為氦星甩出來的星風物質遮擋造成的。

這個罕見天體的發現，對天文學研究意義重大。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，導致軌道收縮的；兩顆星之間的物質是怎么交流的；中子星的自轉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，應該在很短時間內吸積了大量物質，才讓脈沖星自轉加快，所以這個新發現的致密雙星，可能是中微子散熱機制理論的一個重要例證。另外，這個新發現的稀有雙星，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生機制，提供了新的限制條件。