两颗死亡恒星，走在迄今最扁的轨道上

中子星是大质量恒星死亡后留下的坍缩核心。成对的中子星相互绕转，并以引力波的形式缓慢损失能量。第一个双中子星系统发现于1974年（PSR B1913+16），如今已知的超过30个。其中一些最终会并合，产生像LIGO探测到的GW170817和GW190425这样的事件。银河系中有多少这样的双星存活下来、它们处在什么样的轨道上，是引力波天文学和双星演化研究的基本问题。

创纪录的轨道

PSR J0653+0443是一颗脉冲星——一种中子星，其射电波束像灯塔一样扫过地球——每47.5毫秒自转一圈。它于2022年11月20日被中国的**500米口径球面射电望远镜（FAST）**首次探测到，距离我们约1千秒差距（约3,000光年），位于银河系的英仙臂。

通过两年多的脉冲计时观测，中国科学院国家天文台及合作高校的Z. L. Yang、J. L. Han及其同事发现，它在围绕另一颗中子星运转。质量分别为：脉冲星1.38个太阳质量，伴星1.44个太阳质量。

这条轨道非同寻常：

• 周期为79.084天，是所有已知双中子星中最长的；
• 偏心率（圆形轨道为0，轨道被拉得几乎成为一条开放曲线时接近1）为0.99238692——是迄今测得的所有双星中最高的；此前的纪录属于一对普通双星，为0.985；
• 从伴星一侧绕到另一侧只需46分钟，而79天中的大部分时间两者都相距遥远；
• 在最接近时，两者相距0.83个太阳半径，约58万公里——比太阳自身的半径还小——相对速度达每秒1,140公里，是所有已知双中子星中最大的。

FAST是一台固定的望远镜：它只能看到头顶上的一条天区，而最接近的时刻并不总是落在这条天区之内。在2025年至2028年间，只有两次过近星点落在它的观测范围内：2025年2月19日和2027年4月21日。团队对第一次进行了两小时的跟踪观测，每分钟测量一次。

一次掩食和一个摆动的椭圆

在那次过近星点期间，脉冲星的射电信号在经过伴星的磁环境后方时消失了85秒。这意味着我们几乎是从侧面观察这条轨道。这只是在双中子星系统中观测到的第二次掩食，第一次来自著名的双脉冲星PSR J0737−3039A。

广义相对论会使椭圆轨道缓慢转动——即近星点进动（轨道上两者最接近的那个点会缓慢地绕行），这里测得的值为每年0.017791度，与预测一致。但这种进动并不均匀：在最接近时会加快。在这条近乎抛物线的轨道上，轨道的取向在这次掠过的过程中本身就在改变，先把脉冲星带向我们、再把它带离我们，从而使脉冲先提前、后延迟**−2.91至+2.49毫秒**，比其他任何同类系统大十倍以上。

诞生于一次猛烈的踢击

人们认为，这类双星源自两颗先后爆发的大质量恒星。作者认为，极端的偏心率只能来自第二颗中子星在其母星铁核坍缩时受到的一次强烈“踢击”。他们的模拟显示，踢击速度超过每秒约400公里。

他们还模拟了约十亿个大质量双星系统。在存活下来的双中子星中，偏心率高于0.95、周期在50到110天之间的系统所占比例不到0.5%。然而，这样一个系统却出现在球状星团之外、银盘中已知的仅28个双中子星之中。用作者的话说：“要么我们非常幸运，要么目前的双星演化理论和对核坍缩超新星的现有认识需要修正。”

引力波的阵发

由于两颗星每79天才靠近一次，它们以周期性阵发的形式辐射引力波。辐射峰值在0.357毫赫兹附近，即每47分钟一个周期——正是最接近那次掠过所持续的时间。这对于计划中的空间引力波天文台LISA、太极和天琴来说太弱了，但LISAmax等未来提出的方案有望在十年内探测到它。这对双星将在约25亿年后并合，最终产生类似GW170817的事件。