PSR J1311–3430

PSR J1311–3430

观测资料 历元 J2000
星座	半人马座
星官
赤经	13h 11m 45.724s
赤纬	-34° 30′ 30.35″
视星等（V）
特性
光谱分类	脉冲星
详细资料
质量	2.7 M☉
自转	2.5 ms
其他命名
2FGL J1311.7–3429

PSR J1311–3430是一颗自转周期2.5毫秒的脉冲星，是第一颗经由观测伽马射线脉动发现的毫秒脉冲星，最早由康普顿伽玛射线天文台搭载的高能伽马射线试验望远镜（EGRET）侦测为一个明亮的伽马射线来源，但在费米伽玛射线太空望远镜侦测到它的伽马射线辐射脉动之前并不被认为是脉冲星。这颗脉冲星有一颗主要以氦组成，且质量远小于它的伴星，轨道周期93.8分钟。这个系统可以从低质量伴星向脉冲星进行质量转移，使脉冲星质量增加并缩短周期的模型解释。这样的系统就是所谓的“黑寡妇脉冲星”，名称由来于第一个被发现的这种系统PSR B1957+20，这样的系统甚至可能让伴星最终完全蒸发。在这样的系统中，PSR J1311–3430 是目前已知轨道周期最短的。对该系统的光谱观测显示系统脉冲星的质量是2.7 $M_{\odot }$（太阳质量）。虽然这个预测有很大的不确定性，该脉冲星的最小质量资料拟合符合2.15 $M_{\odot }$的状况，因此质量仍高于先前的脉冲星质量纪录保持者PSR J1614–2230。

发现与观测

康普顿伽玛射线天文台搭载的高能伽马射线试验望远镜和它的后继者，费米伽玛射线太空望远镜都是针对伽马射线辐射的巡天。这些望远镜会在大范围天区中观测来自银河系或点光源的伽马射线辐射，称为“点光源”是因为它们小于望远镜的角分辨度。一些被前述望远镜观测到的点光源位置和之前以其他波长观测到的天体位置相同，而这些天体包含脉冲星和活动星系核。但是其他的点光源状况仍不明，因为并无在其他波长观测到的天体相对应。这类型的其中一个未确认伽马射线来源是 2FGL J1317.7–3429（该天体命名来自费米太空观察站观测的目录，J1317.7–3429则是天体在天球上的赤经和赤纬）。

在许多计划致力于搜寻新的伽马射线辐射源时，罗杰·罗马尼（Roger Romani）对于最明亮的未确认来源的伽马射线原进行深度搜索。他的搜寻发现了和 2FGL J1317.7–3429 相同位置的可见光和X-射线光度会以1.5小时为周期变化的天体，并认为这可能是黑寡妇脉冲星形式的毫秒脉冲星，不过他也指出必须要发现伽马射线或无线电波的脉动才能确认。

数个月后这个猜想被证实了。霍尔格·普莱奇（Holger Pletsch）的团队分析费米望远镜四年盲目搜寻的资料，发现 2FGL J1317.7–3429 是一颗周期2.5毫秒的毫秒脉冲星，是首颗经由侦测伽马射线脉动发现的毫秒脉冲星。发现了它的脉动以后，名称即改为 PSR J1311–3430，“PSR”代表脉冲星（Pulsar）。接下来的无线电波观测也以绿岸射电望远镜侦测到了它的间歇性电波脉动，并且一个周期中只有少于10%的周期可被观测。相关论文作者认为这可能是恒星食或被恒星系统中的物质散射。

特性

天文学家对伽马射线脉动的侦测和计时结果确认该脉冲星的自转周期是2.5毫秒。如果脉冲星有伴星存在，将使脉冲星的自转周期，也就是发射辐射的时间有极少量的变化，这代表精确的计时允许天文学家使用开普勒第三定律计算出伴星的质量下限。以前述方法求得的质量下限是8.2 x 10^-3 $M_{\odot }$，或者是木星质量8倍。该伴星的可见光光谱观测显示组成成分主要是氦，并且没有侦测到氢。伴星可见光亮度的变化显示它的温度变化量相当大。相关模型指出伴星被脉冲星强烈加热，使它的体积几乎充满整个洛希瓣。如果是质量更大的伴星，体积将会大于洛希瓣范围并且流失质量。这样的情形被用来解释系统中的伴星如果是恒星，失去了大亮质量后就可能成为相当于行星的天体。物质的吸积也可以解释毫秒脉冲星自转速度增加的原因，使它们的自转周期如此地短。PSR J1311–3430 最终可能将伴星完全蒸发，成为一颗单独存在的毫秒脉冲星。

意义

这颗脉冲星是经由盲目搜索只有伽马射线的资料发现的，这代表了其他伽马射线辐射来源不明的天体可能是毫秒脉冲星，尤其是基于来自PSR J1311–3430的电波脉冲可观测时间只占伽马射线脉冲时间10%以下的状况。在已知的黑寡妇脉冲联星系统中，PSR J1311–3430的轨道周期最短，并且束缚质量超过2.1 $M_{\odot }$。该脉冲星质量的确认支持这样的系统有大质量脉冲星的概念，并且也支持中子星的约束状态方程。