宇宙，這個(gè)充滿無(wú)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(yáng)一樣給周圍帶來(lái)光明和溫暖；行星則圍繞著恒星運(yùn)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?。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(gè)角落，卻揭示著宇宙最深層的秘密。今天，咱們就一起來(lái)聊聊這些特別的天體。

先來(lái)說(shuō)說(shuō)流浪行星質(zhì)量天體，這名字聽起來(lái)就挺神秘的。啥是流浪行星質(zhì)量天體呢？簡(jiǎn)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(shí)候，科學(xué)家們首次探測(cè)到了它們，這之后，尤其是近五年，觀測(cè)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(tuán)中。

那它們是怎么形成的呢？過(guò)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(jué)得它們也許是從母恒星系統(tǒng)中被拋射出來(lái)的巨行星。可后來(lái)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(shuō)，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(yùn)動(dòng)特征和恒星有很多一致性，這些都沒(méi)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(tuán)來(lái)說(shuō)，里面流浪行星質(zhì)量天體的數(shù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)恒星質(zhì)量函數(shù)的預(yù)測(cè)，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(shuō)明它們是和恒星同時(shí)在星云氣體耗散之前形成的，而且從來(lái)沒(méi)被恒星束縛過(guò)。因?yàn)橐潜缓阈鞘`過(guò)，氣體盤的大小肯定會(huì)被恒星引力嚴(yán)重限制。

后來(lái)，中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)鄧洪平研究員領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際合作科研團(tuán)隊(duì)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(guò)高精度流體動(dòng)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(shí)候，潮汐力會(huì)發(fā)揮神奇的作用，把星周盤拉伸，形成細(xì)長(zhǎng)的 “潮汐橋”。然后，這些橋狀結(jié)構(gòu)在引力的影響下，會(huì)進(jìn)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(dú)立的流浪行星質(zhì)量天體。這個(gè)過(guò)程在密集星團(tuán)里，比如 “四合星” 星團(tuán)，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(guò)時(shí)，“潮汐橋” 的線密度會(huì)超過(guò)穩(wěn)定性的臨界值，這個(gè)時(shí)候，就有可能同時(shí)產(chǎn)生好多個(gè)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(tuán)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(gè)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(cè)到的最大的流浪行星質(zhì)量天體群。而在恒星運(yùn)動(dòng)速度彌散很小的 IC348 星團(tuán)里，流浪行星質(zhì)量天體就特別少見(jiàn)。并且，按照這個(gè)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(shí)際觀測(cè)結(jié)果高度吻合，進(jìn)一步證明了這個(gè)理論的可靠性。

再講講另一種神秘天體 —— 脈沖星。北京時(shí)間 2025 年 5 月 23 日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究成果。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)韓金林研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用中國(guó)天眼 FAST 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)罕見(jiàn)的毫秒脈沖星。這個(gè)脈沖星和它的伴星，以 3.6 小時(shí)的周期相互繞轉(zhuǎn)，而且有六分之一的時(shí)間，脈沖星會(huì)被伴星遮擋，也就是出現(xiàn)掩食現(xiàn)象，這就好像我們平時(shí)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(duì)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(guò)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(huì)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(shí)候，質(zhì)量小的伴星應(yīng)該繼續(xù)演化，但是在這個(gè)過(guò)程中，伴星的物質(zhì)會(huì)被致密星吸積，伴星因?yàn)橘|(zhì)量流失，體積就會(huì)膨脹，甚至有可能膨脹到把致密星都 “攬入懷中”，然后它們會(huì)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(qiáng)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(shí)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(shí)候的伴星，主要靠燃燒氦元素發(fā)光，溫度能達(dá)到幾萬(wàn)度。千年之后，經(jīng)歷了這一系列過(guò)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?cè)诜浅＞o密的軌道上相互繞轉(zhuǎn)。不過(guò)，這類特殊的雙星系統(tǒng)在宇宙中存活的時(shí)間很短，也就大約 1000 萬(wàn)年。對(duì)于已經(jīng)有 138 億年歷史的宇宙來(lái)說(shuō)，它們就像夜空中一閃而過(guò)的流星，稍縱即逝。根據(jù)團(tuán)隊(duì)做的模擬分析，在銀河系千億顆恒星里，這樣的系統(tǒng)估計(jì)只有幾十個(gè)，所以它們極其罕見(jiàn)，也特別難觀測(cè)到。也正因?yàn)槿绱?，天文學(xué)家推斷的雙星系統(tǒng)公共包層演化理論，長(zhǎng)期以來(lái)都缺乏直接觀測(cè)證據(jù)的支持。

咱們的中國(guó)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(duì)觀測(cè)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(tuán)隊(duì)用 FAST 對(duì)銀河系進(jìn)行脈沖星深度搜索的時(shí)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(lái)，在 2020 年 11 月又進(jìn)行了幾次后續(xù)觀測(cè)，證實(shí)了它處在一個(gè)半徑只有 50 萬(wàn)公里的致密軌道上，相互繞轉(zhuǎn)的軌道周期僅僅 3.6 小時(shí)。而且它和伴星相互繞轉(zhuǎn)的時(shí)候，大約六分之一的時(shí)間會(huì)被伴星遮擋。據(jù)推測(cè)，這個(gè)伴星的質(zhì)量至少有 1 個(gè)太陽(yáng)那么重，這可比一般掩食脈沖星的伴星重多了，但是這個(gè)狹小的軌道，根本容不下像太陽(yáng)這么大的恒星。經(jīng)過(guò)多方面的限制和推斷，科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)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(guò)公共包層演化的氦星。脈沖星信號(hào)出現(xiàn)掩食現(xiàn)象，就是因?yàn)楹ば撬Τ鰜?lái)的星風(fēng)物質(zhì)遮擋造成的。

這個(gè)罕見(jiàn)天體的發(fā)現(xiàn)，對(duì)天文學(xué)研究意義重大。首先，對(duì)于研究了多年的恒星演化理論來(lái)說(shuō)，這個(gè)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(duì)雙星演化具體過(guò)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(gè)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(gè)中子星在公共包層里，應(yīng)該在很短時(shí)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(gè)新發(fā)現(xiàn)的致密雙星，可能是中微子散熱機(jī)制理論的一個(gè)重要例證。另外，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的稀有雙星，未來(lái)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(jī)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(dú)特的性質(zhì)和形成機(jī)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(lái)，我們肯定還會(huì)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(jué)得這篇文章有意思，就請(qǐng)動(dòng)動(dòng)你發(fā)財(cái)?shù)男∈贮c(diǎn)贊關(guān)注，祝你天天好運(yùn)，財(cái)源廣進(jìn)！