科学家们利用美国宇航局费米伽马射线太空望远镜的数据，首次发现了一种特殊类型的双星系统的伽马射线日食。这些所谓"蜘蛛"星系每一个都包含一颗脉冲星--在超新星中爆炸的恒星的超密集、快速旋转的残骸--缓慢地侵蚀其同伴。

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一个国际科学家小组在费米观测的十多年中，找到了七个经历这些日食的蜘蛛，当低质量的伴星从我们的视点经过脉冲星的前面时，就会发生日食。这些数据使他们能够计算出这些系统相对于我们的视线是如何倾斜的以及其他信息。

领导这项工作的德国汉诺威马克斯-普朗克引力物理研究所的天体物理学家科林-克拉克说："研究"蜘蛛"的最重要目标之一是试图测量脉冲星的质量。脉冲星基本上是我们可以测量的最密集的物质球。它们所能达到的最大质量限制了这些极端环境中的物理学，这在地球上是无法复制的。"

有关这项研究的论文于1月26日发表在《自然天文学》杂志上。

在这幅插图中，一颗正在运行的恒星开始侵蚀它的伙伴，一个快速旋转的超密集恒星残骸被称为脉冲星。脉冲星发射出多波长的光束，在视线范围内旋转，并产生外流，加热恒星的正面，吹走物质并侵蚀其伙伴。资料来源：NASA/索诺玛州立大学 Aurore Simonnet

蜘蛛系统的形成是因为双星中的一颗恒星比它的伙伴进化得更快。当质量更大的恒星变成超新星时，它留下了一颗脉冲星。这颗恒星的残余物发射出多波长的光束，包括伽马射线，在我们的视野中扫来扫去，产生的脉冲如此有规律，可以与原子钟的精度相媲美。

在早期，一些"蜘蛛"脉冲星通过吸走一股气体来"喂养"它的同伴。随着系统的发展，当脉冲星开始更快速地旋转时，喂食就停止了，产生的粒子外流和辐射使同伴的正面过热并侵蚀它。

科学家们将蜘蛛系统分为两种类型，以蜘蛛物种命名，其雌性有时会吃掉它们较小的伴侣。黑寡妇蜘蛛含有质量小于太阳5%的伴星，红背蜘蛛星系接纳更大的同伴，无论是尺寸还是质量，重量都在太阳的10%到50%之间。

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白-海斯说："在费米之前，我们只知道有少数几颗脉冲星会发射伽马射线。经过十多年的观测，这项任务已经确定了300多颗，并收集了一个漫长的、几乎不间断的数据集，使社区能够进行开拓性的科学工作。"

研究人员可以通过测量蜘蛛系统的轨道运动来计算出它们的质量。可见光观测可以测量出同伴的行进速度，而无线电测量则揭示了脉冲星的速度。然而，这些都依赖于朝向和远离我们的运动。对于一个几乎面对面的系统来说，这种变化是轻微的，而且有可能造成混乱。同样的信号也可能是由一个较小的、较慢的、从侧面看到的轨道系统产生的。了解该系统相对于我们视线的倾斜度对于测量质量至关重要。

倾斜的角度通常是用可见光来测量的，但是这些测量有一些潜在的复杂因素。当伴星绕着脉冲星运行时，其过热的一面会进入和离开视野，从而在可见光中产生取决于倾斜度的波动。然而，天文学家们仍在了解过热过程，具有不同加热模式的模型有时会预测不同的脉冲星质量。

然而，伽马射线只由脉冲星产生，而且能量很大，除非被伴星阻挡，否则它们会沿直线传播，不受碎片的影响。如果伽马射线从一个蜘蛛系统的数据集中消失，科学家可以推断出伴星使脉冲星黯然失色。从那里，他们可以计算出该系统在我们视线中的倾斜度、恒星的速度以及脉冲星的质量。

PSR B1957+20，简称B1957，是第一个著名的黑寡妇星，于1988年发现。这个系统的早期模型是根据可见光观测建立的，确定它向我们的视线倾斜了大约65度，脉冲星的质量是太阳的2.4倍。这将使B1957成为已知最重的脉冲星，跨越了脉冲星和黑洞之间的理论质量极限。

通过查看费米数据，克拉克和他的团队发现了15个丢失的伽马射线光子。来自这些天体的伽马射线脉冲的时间是如此的可靠，以至于在十年内丢失的15个光子足够重要，以至于研究小组可以确定该系统正在黯然失色。然后他们计算出该双星的倾斜度为84度，脉冲星的重量仅为太阳的1.8倍。

"有一个寻找大质量脉冲星的过程，这些蜘蛛系统被认为是寻找它们的最佳途径之一，"新论文的共同作者、华盛顿的美国海军研究实验室的研究物理学家马修-克尔说。"他们经历了一个非常极端的从伴星到脉冲星的质量转移过程。一旦我们真正得到了这些模型的微调，我们就能确定这些蜘蛛系统是否比其他的脉冲星群体更有质量。"

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