Penemuan Pulsar FAST Mendedahkan Sistem Tiga Bintang yang Jarang Ditemui, dengan Sebuah Bintang Masih Berevolusi

Bintang ketiga menjelaskan jam pulsar yang luar biasa

Sebuah pulsar yang berputar kira-kira 312 kali sesaat, diorbitkan kerdil putih setiap lapan hari, serta sebuah bintang yang jisimnya kira-kira setara dengan Matahari pada orbit 73.5 tahun membentuk trio bintang yang amat jarang ditemui. Ahli astronomi China dan Eropah secara berasingan mengenal pasti sistem di sekitar PSR J0435+3233, sekali gus mendedahkan bahawa perubahan luar biasa yang diperhatikan pada putaran pulsar itu sebahagian besarnya merupakan kesan graviti rakan bintang yang jauh.

Balai Cerap Astronomi Kebangsaan Akademi Sains China mengumumkan penemuan itu pada 9 Oktober 2026, serentak dengan penerbitannya dalam The Astrophysical Journal Letters. Pengumuman penemuan itu menyifatkannya sebagai sistem pulsar kedua yang disahkan mempunyai dua rakan bintang, dan contoh primordial pertama yang disahkan dengan rakan bintang yang masih melalui evolusi bintang biasa.

Perbezaan itu penting. Sistem seumpamanya yang diketahui sebelum ini, PSR J0337+1715, mengandungi pulsar dan dua kerdil putih. Dalam J0435+3233, rakan di bahagian luar belum menjadi sisa bintang padat. Penyelidik mengenal pasti bintang itu sebagai subgergasi jenis G, iaitu bintang yang suhunya serupa dengan Matahari dan telah mula meninggalkan fasa utama pembakaran hidrogen.

Penemuan itu juga mengubah cara ahli astronomi mentafsir pemasaan pulsar tersebut. Tempoh putarannya yang diukur bertambah kira-kira satu nanosaat setahun, sekitar 100 kali kadar yang dilihat pada pulsar milisaat sebanding. Analisis baharu mengaitkan perubahan luar biasa yang diperhatikan itu dengan gerakan yang didorong oleh bintang di bahagian luar, dan bukan menganggapnya sebagai ukuran langsung kadar perlahan putaran bintang neutron itu sendiri.

Daripada pengesanan pada 2020 kepada penyelesaian tiga bintang

Teleskop Sfera Apertur Lima Ratus Meter China, yang dikenali sebagai FAST, mula-mula mengesan J0435+3233 pada 8 Jun 2020 dalam tinjauan Commensal Radio Astronomy FAST Survey. Pemantauan susulan mengesahkan bahawa pulsar itu mempunyai rakan yang dekat dan tingkah laku pemasaannya memerlukan penjelasan yang lebih menyeluruh.

Penyiasatan itu berkembang selama beberapa tahun, dengan pasukan menggunakan cerapan radio dan arkib astronomi awam untuk menghubungkan pulsar tersebut dengan objek yang kelihatan pada panjang gelombang lain:

• 8 Jun 2020: FAST mula-mula mengesan PSR J0435+3233.
• Dalam tempoh kira-kira lima tahun: Pemantauan FAST menghasilkan 192 ukuran waktu ketibaan denyutan daripada 179 sesi cerapan.
• April 2026: Penemuan yang mengenal pasti sistem binari dalaman serta pemasaan luar biasanya diterbitkan dalam Nature Astronomy.
• 9 Oktober 2026: Balai Cerap Astronomi Kebangsaan mengumumkan penemuan sistem tiga bintang yang diterbitkan dalam The Astrophysical Journal Letters.

Perbezaan antara 179 sesi dengan 192 ukuran mencerminkan cara makalah penyelidikan itu menghuraikan set data, bukannya dua kiraan yang bercanggah bagi perkara yang sama. Analisis pemasaan radio itu meliputi kira-kira 4.9 tahun.

Penyiasatan China melibatkan Zonglin Yang, Han Jinlin dan rakan sekerja dari beberapa institusi. Pasukan Eropah yang berasingan, dengan saintis dari Jerman, Belanda, Perancis dan United Kingdom, secara bebas mencapai kesimpulan asas yang sama tentang bintang ketiga itu.

Dua orbit yang sangat berbeza

J0435+3233 ialah sistem tiga bintang berhierarki. Ini bermakna dua objek membentuk pasangan yang agak rapat, sementara objek ketiga mengelilingi pasangan itu dari jarak yang jauh lebih besar. Dalam kes ini, objek dalaman ialah pulsar, bintang neutron yang tinggal selepas bintang besar runtuh, dan kerdil putih helium, sisa padat daripada bintang yang kurang jisimnya.

Pulsar itu berputar sekali setiap 3.20 milisaat. Orbit dalamannya mengambil masa 8.0 hari dan mempunyai kesipian 0.00016, menjadikannya hampir bulat. Kesipian menerangkan sejauh mana orbit memanjang: sifar bermakna bulatan, manakala nilai yang menghampiri satu menunjukkan laluan yang semakin memanjang.

Bintang di bahagian luar mengikuti laluan yang sangat berbeza. Orbitnya mempunyai kesipian 0.598, dibundarkan kepada 0.6 dalam pengumuman balai cerap, dan mengambil masa 73.5 tahun. Berdasarkan dua tempoh yang dilaporkan, bintang di bahagian luar melengkapkan satu pusingan dalam tempoh yang kira-kira sama dengan 3,350 pusingan pasangan dalaman.

Satah orbit kedua-duanya juga condong antara satu sama lain. Analisis itu membenarkan dua geometri, satu dengan kecondongan bersama kira-kira 85 darjah dan satu lagi kira-kira 54 darjah. Yang pertama akan meletakkan orbit hampir bersudut tegak. Penyelidik berpendapat susunan yang terpisah luas itu mampu kekal stabil dalam tempoh yang panjang, meskipun interaksi graviti antara ketiga-tiga jasad berterusan.

Mengapa perlambatan yang kelihatan itu mengelirukan

Pulsar memancarkan alur yang menyapu Bumi ketika berputar, lalu menghasilkan denyutan yang jaraknya tetap. Ahli astronomi mengukur waktu ketibaan denyutan itu untuk menjejaki putaran dan gerakan pulsar. Perubahan jarak antara denyutan boleh mencerminkan perubahan sebenar pada putaran bintang, tetapi juga boleh berlaku apabila pulsar memecut ke arah atau menjauhi Bumi.

Dalam sistem ini, bintang yang jauh menarik sistem binari dalaman ketika kedua-dua jasad bergerak mengelilingi pusat jisim bersama. Gerakan itu mengubah jarak antara denyutan yang diperhatikan. Pecutan yang sama sepatutnya turut mempengaruhi pemasaan orbit dalaman yang kelihatan.

Penyelidik mendapati perubahan relatif pada frekuensi putaran pulsar dan frekuensi orbit sistem binari dalaman sepadan pada kira-kira 99%. Padanan rapat itu menyokong punca graviti yang sama, bukannya kehilangan tenaga putaran intrinsik yang luar biasa pantas.

Tafsiran terdahulu terhadap perlambatan yang kelihatan mencadangkan medan magnet yang kuat atau laluan pembentukan yang luar biasa. Analisis sistem tiga bintang itu mengehadkan kesimpulan yang boleh dibuat daripada pemerhatian tersebut sahaja: makalah itu menyatakan bahawa perlambatan intrinsik pulsar tidak dapat diukur secara langsung kerana kesannya bercampur dengan gerakan orbit luar. Oleh itu, peningkatan tahunan satu nanosaat yang diukur tidak sama dengan perlambatan intrinsik sebesar itu yang telah dibuktikan.

Rakan bintang yang kelihatan dan sinar gama yang jarang dikesan

Pasukan itu menggabungkan cerapan FAST dengan data optik dan inframerah daripada Gaia, Pan-STARRS dan 2MASS, serta cerapan daripada Teleskop Angkasa Sinar Gama Fermi. Ukuran ini membolehkan penyelidik menghubungkan jam radio yang tidak kelihatan dengan rakan bintang yang dapat dilihat dan sumber sinar gama.

Pasangan optiknya ialah Gaia DR3 171833395176138240. Kedudukan dan gerakannya merentasi langit sepadan dengan kedudukan dan gerakan pulsar yang diukur. Ukuran paralaks Gaia meletakkan sistem itu pada jarak kira-kira 2.1 kiloparsek, dengan ketidakpastian 0.4 kiloparsek, bersamaan kira-kira 6,850 tahun cahaya.

Suhu anggaran bintang itu ialah 5,854 kelvin dan kil luminositinya kira-kira 2.1 kali ganda Matahari. Anggaran berdasarkan ciri-ciri bintangnya memberikan jisim 0.98 jisim suria, dengan ketidakpastian 0.12. Ukuran ini menyokong pengenalpastian rakan bintang yang jisim dan suhunya serupa dengan Matahari, tetapi berada pada tahap evolusi yang lebih lanjut.

Sumber katalog Fermi 4FGL J0435.5+3232 terletak hanya 0.8 minit arka dari pulsar. Penyelidik mengesahkan denyutan sinar gama dengan memberikan fasa putaran kepada foton menggunakan model pemasaan FAST. Secara praktikal, mereka menyemak sama ada pengesanan tenaga tinggi yang jarang itu sejajar dengan putaran berulang pulsar.

Pengumuman balai cerap menyatakan bahawa 18 tahun cerapan arkib Fermi mengandungi 160 foton yang boleh digunakan, dengan purata kira-kira satu foton dikesan setiap bulan. Makalah itu menetapkan 16.7 tahun sebagai tempoh pemasaan sinar gama yang digunakan dalam analisis gabungannya. Angka tersebut masing-masing merujuk kepada himpunan arkib dan sela pemasaan yang dipadankan. Walaupun pengesanan sedemikian jarang berlaku, ia dapat memanjangkan garis masa cerapan jauh melebihi cerapan radio apabila model putaran cukup tepat.

Ukuran tepat masih membenarkan dua geometri

Makalah sistem tiga bintang pasukan China itu menggabungkan pemasaan radio dan sinar gama, perubahan orbit dalaman, ukuran Gaia dan kekangan terhadap bintang di bahagian luar. Makalah itu turut memasukkan lengahan Shapiro, iaitu masa perjalanan tambahan yang dialami cahaya ketika melalui medan graviti rakan bintang.

Balai Cerap Astronomi Kebangsaan menyatakan analisis China menentukan parameter orbit dengan ketepatan kira-kira 10 kali ganda berbanding analisis Eropah yang dibuat secara bebas. Peningkatan itu dikaitkan dengan pemodelan interaksi graviti antara ketiga-tiga bintang serta beberapa kesan relativistik. Kesepakatan antara pasukan menyokong pengenalpastian sistem itu, manakala pilihan geometri yang masih ada menunjukkan bahawa konfigurasi penuhnya belum ditentukan secara unik.

Bagi geometri dengan kecondongan bersama kira-kira 85 darjah, jisim yang dipadankan ialah:

• Pulsar: 1.16 jisim suria, dengan ketidakpastian 0.05.
• Kerdil putih dalaman: 0.273 jisim suria, dengan ketidakpastian 0.008.
• Bintang di bahagian luar: 0.91 jisim suria, dengan ketidakpastian 0.05.

Bagi geometri alternatif dengan kecondongan kira-kira 54 darjah, anggaran yang sepadan ialah 1.34 jisim suria bagi pulsar, 0.305 bagi kerdil putih dan 1.13 bagi bintang di bahagian luar, dengan ketidakpastian masing-masing 0.15, 0.023 dan 0.07. Ini ialah penyelesaian model alternatif, bukannya bukti bahawa jisim mana-mana bintang telah berubah.

Kelahiran bersama dan kesukaran untuk bertahan

Penyelidik mengutamakan asal usul yang menyatakan ketiga-tiga bintang terbentuk bersama daripada awan yang sama. Sistem ini terletak di medan Galaksi, bukannya dalam gugusan bintang padat, menjadikan pembentukan melalui pertemuan rapat pada masa kemudian sebagai penjelasan yang kurang munasabah. Asal usul primordialnya masih merupakan inferens evolusi, bukannya peristiwa yang diperhatikan secara langsung.

Menurut sejarah yang dicadangkan, bintang asal yang paling besar mempunyai kira-kira 20 kali jisim Matahari. Bintang itu kehabisan bahan api dengan pantas lalu meletup, meninggalkan bintang neutron yang kini diperhatikan sebagai pulsar. Bintang asal bagi kerdil putih dalaman itu bermula dengan jisim beberapa kali ganda Matahari. Bintang di bahagian luar, yang pada mulanya kira-kira satu jisim suria, berevolusi dengan lebih perlahan.

Kelangsungan sistem selepas kelahiran bintang neutron itu tidak terjamin. Supernova menyingkirkan jisim daripada sistem dan boleh memberikan tendangan halaju kepada bintang neutron yang baru lahir. Kedua-dua kesan itu boleh memecahkan sistem berbilang bintang. Analisis evolusi menganggarkan hanya kira-kira 35% kemungkinan sistem itu kekal terikat walaupun dalam senario tanpa tendangan, menunjukkan betapa mencabarnya syarat untuk sistem itu bertahan.

Jarak bintang di bahagian luar yang lebih jauh membantu memisahkannya daripada evolusi pasangan rapat itu, tetapi jarak semata-mata tidak menjamin kelangsungan apabila supernova mengubah keseimbangan graviti. Oleh itu, konfigurasi semasa ini mencatatkan kemungkinan asal usul bersama serta kejayaan sistem itu mengharungi kematian bintang yang memusnahkan.

Keadaan akhir yang diramalkan kurang dramatik. Yang dan rakan-rakan penulisnya menghuraikan hasilnya dalam abstrak mereka:

Akhirnya, sistem ini akan berevolusi menjadi sistem yang terdiri daripada sebuah bintang neutron dan dua kerdil putih.

Tiada tarikh diberikan bagi peralihan itu. Ia ialah ramalan dalam skala masa evolusi bintang, bukannya peristiwa yang dijangka berlaku dalam kempen cerapan semasa.

Perkara yang boleh didedahkan sistem ini tentang graviti

Pulsar dengan dua rakan bintang memberikan cara untuk mengukur bagaimana graviti bertindak ke atas objek yang mempunyai struktur dalaman yang sangat berbeza. Bintang neutron memampatkan jisim yang besar ke dalam isipadu yang amat kecil, manakala kerdil putih dan subgergasi jauh kurang padat.

Balai Cerap Astronomi Kebangsaan mengenal pasti sistem itu sebagai makmal berpotensi untuk menguji prinsip kesetaraan kuat. Secara mudah, prinsip itu menyoal sama ada jasad jatuh dengan cara yang sama dalam medan graviti luaran, walaupun ikatan graviti masing-masing sangat berbeza. Rakan di bahagian luar menyediakan medan sedemikian untuk pasangan dalaman.

Ukuran denyutan berulang boleh membantu penyelidik mencari perbezaan kecil antara gerakan yang diramalkan dengan yang diperhatikan. Namun, penemuan semasa bukan hasil ujian baharu yang diumumkan atau bukti yang menyangkal relativiti am. Penemuan ini mengesahkan kewujudan sistem yang interaksi terukurnya boleh menyokong ujian pada masa hadapan.

Dakwaan tentang kelangkaannya juga perlu diperincikan. J0435+3233 disifatkan sebagai sistem tiga pulsar kedua yang disahkan mempunyai dua rakan bintang. Sistem pulsar yang mengandungi planet atau objek luar berjisim amat rendah merupakan kategori yang berbeza. Contoh bintang terdahulu, J0337+1715, telah pun menyokong ujian graviti; subgergasi yang masih berevolusi menjadikan J0435+3233 kes yang berbeza.

Perkara yang masih belum terungkai

Penyelidik hanya memerhatikan sebahagian daripada orbit luar yang mengambil masa 73.5 tahun itu. Tempoh pemasaan sinar gama meliputi kira-kira 23% tempoh tersebut, manakala tempoh radio meliputi kira-kira 7%. Peratusan ini menjelaskan nilai rekod arkib yang panjang serta kepentingan meneruskan cerapan.

Data Gaia dan pemasaan pulsar menunjukkan jarak terunjur kira-kira 11,000 saat cahaya, dengan ketidakpastian 2,000 saat cahaya. Gerakan relatif kedua-duanya mencadangkan bahawa jarak ini pada satah langit semakin mengecil. Ini ialah ukuran terunjur, bukannya jarak penuh antara bintang itu dengan pasangan dalaman.

Makalah itu juga memberi amaran bahawa gerakan orbit mungkin menyebabkan ralat sistematik dalam ukuran paralaks Gaia. Pemantauan lebih lama yang mengambil kira orbit luar secara jelas boleh memperbaik anggaran jarak dan membantu membezakan dua geometri yang masih dibenarkan.

Tiada tarikh akhir diumumkan untuk menentukan pilihan antara kedua-dua geometri itu atau jadual bagi ujian graviti baharu. Apa yang telah disahkan ialah susunan yang jarang ditemui: bintang neutron yang berputar pantas, kerdil putih helium yang dekat dan subgergasi jauh yang graviti bintangnya menjelaskan perubahan pemasaan yang membingungkan.

Perkara Utama

• FAST menemui PSR J0435+3233 pada 8 Jun 2020; penemuan sistem tiga bintang itu diumumkan pada 9 Oktober 2026.
• Pulsar itu berputar setiap 3.2 milisaat dan berkongsi orbit lapan hari yang hampir bulat dengan kerdil putih.
• Sebuah subgergasi yang jisimnya kira-kira setara dengan Matahari mengikuti orbit luar memanjang selama 73.5 tahun.
• Rakan bintang di bahagian luar menjelaskan perubahan jarak antara denyutan yang luar biasa besar; perlambatan intrinsik tidak ditentukan secara langsung.
• Pasukan China dan Eropah secara berasingan mengesahkan trio bintang itu, tetapi dua geometri orbit masih mungkin.
• Sistem itu merupakan calon untuk ujian graviti pada masa hadapan dan diramalkan akhirnya akan mengandungi sebuah bintang neutron serta dua kerdil putih.