中子星如何从星团走向银河_社会_大河网
艺术家描绘了星团潮汐尾上的脉冲星和接力观测的三组望远镜。
课题组供图
■记者 崔雪芹
银河系盘上散落着数以千计的中子星，它们究竟如何离开出生的环境，最终成为银盘中子星群体的一员？近一个世纪前，中子星和恒星星族的概念先后进入现代天文学，但连接二者的演化环节却长期缺少直接的观测证据。
中国科学院紫金山天文台副研究员符晓婷与清华大学教授李菂领衔的国际研究团队，首次在古老疏散星团的潮汐尾中定位到一颗脉冲星，多重证据表明，它正在“离家出走”，随着星团的潮汐剥离逐渐进入银河系盘。
近日，相关研究成果发表于《科学通报》。
“银河系盘上数以千计的中子星长期缺少可以追溯出生环境的‘户籍记录’。
这项研究第一次把一颗中子星和正在瓦解的出生星团直接联系起来，看到了它从星团走向银河系盘的过程。
”论文通讯作者符晓婷告诉《中国科学报》。
在论文另一位通讯作者李菂看来，这项工作连接了两个长期以来相对独立的问题：超新星怎样产生中子星，以及这些中子星离开出生环境后，怎样成为今天散布在银河系中的中子星群体。
星团中的中子星哪去了
恒星通常不是孤立诞生的，银河系盘中的大量恒星形成于疏散星团。
随着星团绕银河系运行，在内部动力学和银河系潮汐力作用下，成员恒星被不断剥离，最终散入银河系盘。
作为恒星演化后的“遗骸”，中子星理论上也应经历类似过程。
但长期以来，人们很少能够把一颗孤立中子星与它曾经所属的疏散星团直接联系起来。
一个关键原因在于中子星诞生时获得的“初生踢速”。
大多数中子星形成于核心坍缩型超新星。
由于爆发存在不对称性，会在炸裂瞬间赋予新生中子星每秒数百公里的反冲速度，将其瞬间抛出星团。
然而，并非所有中子星都有如此高的踢速。
例如，电子俘获型超新星等低踢速形成通道可能会产生初生速度只有每秒数公里的中子星，使其有机会在星团中长期留存，直到后者被银河系的引力逐渐瓦解并在外围被潮汐力拉出延伸的“潮汐尾”，这时留在星团“老家”的中子星也会随之离开。
接力寻踪
为寻找留在潮汐尾中的中子星，一场跨越全球的望远镜接力正式开启。
研究团队将目光锁定在已有约80亿年历史、具有明显潮汐结构的古老疏散星团NGC 6791上。
“中国天眼”500米口径球面射电望远镜（FAST）探测到自转周期约1.9秒的孤立脉冲星PSR J1921+3745；南非的MeerKAT射电望远镜对其进行了角秒级的精确定位；位于美国夏威夷的光学望远镜CFHT则深度描绘出星团外围的恒星分布。
当三组数据叠合，这颗脉冲星恰好位于NGC 6791星团东侧显著的潮汐尾上。
位置重合并不是唯一证据。
脉冲星色散量推算的距离与星团恒星得到的距离相符，无关的脉冲星随机落入该区域的概率很小，其周围也没有年轻星族新形成中子星的迹象。
多项独立证据共同支持这颗脉冲星与星团存在物理关联。
随后，研究团队利用多体动力学数值模拟，重现了星团中恒星长达80亿年的迁徙历史。
模拟显示，由普通核心坍缩超新星形成、获得较大初生踢速的中子星几乎都会在早期逃离；低踢速形成的中子星则可以留存数十亿年。
此后，随着星团内部动力学演化和银河系潮汐作用持续改变成员轨道，一部分中子星会逐渐进入潮汐尾，最终脱离星团。
PSR J1921+3745所在的位置，恰好对应这一漫长过程中的一个中间阶段。
跨越近百年的历史连接
有意思的是，这项横跨脉冲星、恒星演化、星团动力学和银河系结构的研究，最初源于两位通讯作者的一次学术闲聊。
符晓婷长期从事恒星物理、恒星星族和银河系研究，而李菂长期从事射电天文和脉冲星研究。
“星团和脉冲星究竟有什么关系？”一次闲聊中，这个简单的问题让两人意识到，各自熟悉的研究对象间可能存在一个此前没有被充分关注的连接点。
继续追问下去，他们意识到，如果部分中子星能够长期留在星团，那么随着星团解体，它们也应该出现在潮汐尾中。
于是，射电—光学望远镜的全球观测接力，以及多体动力学模拟，被放到了同一个科学问题下。
不同领域各自掌握的信息，拼成了一条从中子星形成、长期留存到最终进入银河系盘的演化链。
这颗脉冲星也使研究团队提出了新的问题。
研究人员发现，PSR J1921+3745还表现出一些在其他脉冲星中并不常见的射电脉冲特征。
论文第一作者、中国科学院国家天文台的张蕾对此项工作打开的新窗口充满期待：“在这颗正迁徙出星团的脉冲星上，我们确实发现了一些在别的脉冲星上很少见的特征。
接下来，我们希望弄清这些特征是否与它特殊的形成和长期演化经历有关，并把对单颗脉冲星的研究放到银河系星族演化的背景中加以理解。
”
这项研究不仅追溯了一颗中子星长达数十亿年的迁徙史，也延续了一条近百年的科学探索线。
1934年，美国威尔逊山天文台的德国天文学家沃尔特·巴德和同事兹威基提出，超新星代表普通恒星向中子星的转变。
十年后，巴德又通过对邻近星系恒星的研究，建立了两类恒星星族的概念。
前者开启了中子星与超新星研究的重要方向，后者则为理解恒星如何组成和塑造星系奠定了基础。
受限于当时的观测条件，巴德当然不可能看到今天这一幕：超新星留下的中子星，在一个古老星团中留存数十亿年，又随着星团被银河系潮汐力逐渐剥离，最终进入银河系盘，成为散布其中的中子星群体的一员。
近一个世纪后，星团潮汐尾上的这颗脉冲星，使巴德开启的两条科学线索在一个具体天体上交汇。
今天的天文学家站在前人建立的科学图景之上，终于看到了那个时代无法看到的演化环节。
这颗脉冲星一边记录着一颗中子星数十亿年的迁徙，一边丈量人类近一个世纪认识中子星与恒星星族的科学脚步。
首次出光！我国前沿科技尖端研究手段实现重要突破
据“上海科技大学”微信公众号10月21日消息，由上海科技大学牵头建设、中国科学院上海高等研究院及中国科学院上海光学精密机械研究所共同承建的国家重大科技基础设施——硬X射线自由电子激光装置（简称“SHINE”）成功实现自由电子激光首次出光，向着2027年底建成投用迈出关键一步。硬X射线自由电子激光装置SHINE首次出光。
图源：新华社 据介绍，SHINE的建设将大幅提升我国基础研究能力和原始创新能级。
SHINE于2018年4月启动建设，采用4吉电子伏特（GeV）连续波超导直线加速器产生的电子束，驱动18台4米长、磁周期为55毫米的波荡器线。
在全面建成后，SHINE加速器的电子能量将达到8GeV，首期两条波荡器线可产生光子能量覆盖0.2至15千电子伏特（keV）的自由电子激光辐射。
科学发展要求科学家们不仅能看清物质“长什么样”，还需知道它们“是怎样发生变化的”。
据悉，X射线自由电子激光犹如一台“超高速相机”，能够给原子拍摄“慢动作”。
它可以帮助科学家研究材料内部的原子排列的动态变化过程、化学反应中分子构型演变的动态过程、光照后材料电子结构的动力学、蛋白质工作时的结构演变动力学等问题。
对于产业应用而言，SHINE拥有的纳米级超高空间分辨能力与飞秒级的超快时间分辨能力，有望为生命科学、量子材料、未来能源等前沿科学领域提供微观结构解析、超快动力学研究等尖端研究手段。
作者：宋薇萍 钱佳滢
如果地球突然被甩出太阳系，人类文明还能坚持多久？
如果地球被甩出太阳系，我们还能活多久？ 太阳不会爆炸，也没有突然熄灭。它只是在天空中越来越小，直到变成一颗普通的星星。
而地球还在向前飞，带着所有人，奔向再也等不到日出的黑暗。
这不是让地球停下来。
恰恰相反，是它跑得太快，快到挣脱了太阳的束缚。
宇宙里已经有这样的世界，它们没有属于自己的太阳，被称为流浪行星。
地球如果也加入它们，最先消失的，会是什么？ 先看我们为什么能留在这里。
地球距离太阳大约一亿五千万公里，每秒前进接近三十公里。
太阳的引力不断把它向内拉，它又不断向前运动，于是始终绕着太阳转。
你脚下看似安稳的大地，其实一直在高速赶路。
但引力并不是一根绳子。
假如有一个足够重的天体，从足够近的地方掠过，它不需要撞上地球，只要改变地球的速度和方向，就可能改写整条轨道。
极端情况下，地球会获得足够的能量，离开太阳。
这种事在年轻的行星系统里，更容易发生。
那时候，各颗行星还没坐稳自己的位置，轨道不断变化。
一个小一些的世界靠近巨行星，可能被引力猛地甩出去。
巨行星继续绕着恒星转，它却从此走上另一条路。
想象一下，你就站在那颗行星上。
起初，天空中的太阳依然耀眼，地面也还留着温度。
你甚至很难立刻察觉，整个世界已经失去了回家的轨道。
可是随着距离不断拉开，那轮熟悉的光越来越暗，能送到地面的热量，也越来越少。
它不会一下子消失。
它会慢慢退到远处，成为夜空中的一个亮点。
再过很久，你抬头看见满天繁星，却再也无法轻易认出，哪一颗曾经照亮过你的海洋。
如果流浪的是地球，后果就会从这里开始。
地表仍在向太空散热，太阳送来的补充却越来越少。
白天失去暖意，寒冷不断向低纬度推进。
植物无法继续靠充足的阳光生长，依赖它们的食物链，也会跟着崩溃。
真正危险的，并不是突然发生的一次撞击，而是整个世界持续失去能量。
而且，这个过程不是按一下开关，地球就瞬间冻成冰块。
岩石、海水和大气都存着热量，离开的速度、与太阳的距离，也会影响降温的过程。
可只要它继续远离，留给地表生命的温暖，就会越来越少。
接下来，海洋开始从表面结冰。
原先翻涌的海浪，被冰层一点点封住。
冰层越来越厚，海岸线被雪覆盖，熟悉的蓝色星球，逐渐变成一颗苍白的冰球。
可这并不意味着，整片海洋会在同一时刻冻透。
因为厚厚的冰层，也会挡住下面的热量流失。
地球内部还藏着热，深海和地下，与冰封的地表，可能走向不同的命运。
再往后，假如地表继续冷下去，连空气也会发生变化。
平时看不见的气体，会在足够低的温度下凝结，甚至冻结。
你所熟悉的天空，可能一点点沉降到地面。
风越来越弱，气压不断降低，地面上的冰，开始装着原本属于天空的成分。
到那时候，地表就不只是冷，而是失去了人类赖以呼吸的环境。
城市仍在那里，公路仍在那里，可它们上方再也没有熟悉的蓝天。
地球继续转动，却转不出一个有太阳升起的清晨。
不过，生命真的会全部结束吗？ 原片提到了一种可能。
如果一个流浪世界还带着卫星，潮汐作用能够不断拉扯它的内部，提供热量，冰层下面就可能留住液态水。
没有阳光，不代表内部一定没有能量。
这样的海洋，或许仍有让某些化学反应持续发生的条件。
这还不是发现了生命。
它只是告诉我们，漆黑的行星表面下面，未必也同样死寂。
对于地球来说，深海热源附近的生命，也可能比地表生命坚持得更久。
人类失去的家园，在某些微小生命眼里，或许还没有彻底关门。
问题是，这些没有太阳的世界，我们怎么找到？ 年轻的流浪行星，可能还留着诞生时的热量，能够在红外观测中露出踪迹。
可那些已经冷却很久的行星，没有足够明亮的光，也没有近处的恒星供它们反射，直接看见就困难得多。
天文学家于是等它们从一颗遥远恒星前方经过。
行星的引力会弯曲背景星光，让那颗恒星短暂变亮。
我们未必看清了行星本身，却能从这次变化里，寻找它存在的线索。
这就是引力微透镜。
一次短暂的闪亮，可能对应一个已经流浪了漫长岁月的世界。
观测和模型提示，这些行星可能数量惊人。
我们以为恒星之间空无一物，可黑暗里，也许藏着许多无法直接看见的行星。
甚至在太阳系形成早期，一些模型也提出，可能有行星在混乱的引力作用下被抛了出去。
如果这种情况真的发生过，那银河系的某个角落，也许正漂着与地球出身相近的世界。
它们离开了，我们留了下来。
当然，这不意味着地球眼下就要被甩出去。
一个巨大天体恰好以危险的距离掠过，概率极低。
这个故事展现的是一种极端可能，而不是正在倒计时的灾难。
但它最让人后背发凉的地方，是地球不需要被砸碎，也能变成另一个世界。
只要轨道改变，太阳变远，海洋、空气和生命，就可能接连失去依靠。
我们每天都能看见太阳，所以很容易把日出当成理所当然。
可在那些流浪行星上，最后一次日落之后，就再也没有等来第二天。
