一般認為毫秒脈沖星是普通脈沖星通過吸積伴星物質再加速形成的,按照這種理論,脈沖星應處于雙星系統中。然而,觀測發現銀河系星場中大約有20%的毫秒脈沖星為單星。為了解釋這類系統的形成,人們提出了各種理論模型,但都有各自不可回避的問題。脈沖星的內部物質組成至今仍是未解之謎,多種理論模型相繼被提出來,以解釋脈沖星的內部物質組成,卻至今不能對其中某一種模型進行完全確認或證偽。有學者認為,在一定條件下,中子星可能會演化為奇異星。
基于以上研究背景,中國科學院新疆天文臺脈沖星團組博士后姜龍等人提出中子星-奇異星相變模型。研究人員認為吸積中子星的質量達到某一上限(具體數值依賴于其自轉周期)之后,可能會通過劇烈的相變過程而成為奇異星。相變過程中的質量損失和爆發不對稱性造成踢動,最終可能導致雙星系統的瓦解,進而形成孤立毫秒脈沖星。
為了探究該模型的可行性,研究人員利用星族合成程序對該過程進行了大樣本模擬計算。結果顯示,當踢動速度為每秒60公里時,中子星-奇異星相變過程可以在銀河系星場內產生與理論預期相吻合的孤立毫秒脈沖星誕生率。此外,他們還對幾種公共包層演化參數、相變踢動速度、奇異星質量上限等參數的影響進行了討論。
該研究論文發表于《天文與天體物理》雜志(A&A 2020, 633, A45)。
圖1. 最終演化為孤立毫秒脈沖星的雙星系統演化事例。左圖為主星(實線)和伴星(虛線)的質量演化。右上為雙星軌道偏心率的演化,右下為雙星軌道周期的演化
圖2. 雙星系統初始參數(主星質量、伴星質量、軌道周期)在三個平面的投影。其中:紅色實心圓點最終將演化為孤立毫秒脈沖星;灰色空心三角最終將演化為毫秒脈沖星與氦白矮星組成的雙星系統;黑色實心五角星最終將演化為毫秒脈沖星與碳-氧白矮星組成的雙星系統。