Resumen:
Recientemente, basándose en la sensibilidad de detección ultra alta de China Sky Eye FAST, el equipo de estudio de púlsares del plano galáctico FAST dirigido por el investigador Han Jinlin del Observatorio Astronómico Nacional hizo un descubrimiento importante y capturó un sistema de estrella de neutrones doble PSRJ1856-0039 en una órbita estrecha. Este sistema es un sistema binario de estrellas de neutrones con un período orbital extremadamente corto y la masa total más ligera conocida actualmente. Múltiples resultados de observaciones han verificado con precisión la teoría general de la relatividad, proporcionando un nuevo objetivo clave para explorar la astrofísica extrema, la naturaleza de la gravedad y el origen de los elementos del universo. Los resultados de la investigación relevantes se publicaron en Physical Review Letters (PRL) el 15 de septiembre de 2026 y fueron seleccionados por el editor de la revista como resultado de recomendación clave.
Las estrellas de neutrones son restos de cuerpos celestes extremadamente densos que se forman tras la muerte y el colapso de estrellas masivas. Operan con reglas precisas y estables y se les conoce como el "reloj de precisión del universo". El sistema binario de estrellas de neutrones consta de dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí. Es un sistema de cuerpo celeste especial extremadamente raro en el universo. Hasta ahora sólo se han descubierto 30 casos en humanos. Este tipo de sistema celeste se formó después de dos explosiones de supernova y en el futuro se fusionará y evolucionará a través de la radiación de ondas gravitacionales. Es una importante fuente de nacimiento de elementos pesados como el oro y el platino en el universo. También es un laboratorio natural ideal para estudiar estados de materia de densidad extremadamente alta, probar la relatividad general y analizar el mecanismo de las explosiones de supernovas. Entre ellas, las estrellas de neutrones dobles de período corto tienen efectos relativistas más fuertes y tiempos de fusión más cortos, y tienen un valor de investigación científica particularmente sobresaliente. Siempre han sido el objetivo científico principal de los estudios de púlsares realizados por radiotelescopios internacionales de gran escala.
Como el radiotelescopio de apertura única más sensible del mundo, FAST está equipado con un receptor de enfriamiento de 19 haces de banda L de alto rendimiento y tiene capacidades de detección de púlsares extremadamente potentes. En este estudio, el equipo se basó en un modo de observación instantánea de desarrollo propio para llevar a cabo una búsqueda sistemática a gran escala de púlsares planos galácticos, y hasta ahora ha descubierto con éxito unos 900 nuevos púlsares. A través de observaciones precisas de seguimiento continuo, el equipo identificó muchos casos de sistemas celestes especiales, y PSRJ1856-0039 fue uno de los descubrimientos revolucionarios.
Los datos de observación muestran que el período orbital de este sistema binario de estrellas de neutrones es de sólo 2,36 horas, ocupando el segundo lugar entre los sistemas binarios de estrellas de neutrones conocidos. El período orbital extremadamente corto significa que la distancia entre las dos estrellas de neutrones es extremadamente pequeña y las órbitas de las estrellas binarias que orbitan entre sí son extremadamente densas. Es uno de los sistemas binarios de estrellas de neutrones con efectos relativistas más significativos que se conocen actualmente. Al mismo tiempo, este sistema ha actualizado el límite inferior de masa de estrellas de neutrones dobles conocido por la humanidad. La masa total es sólo 2.488 veces la masa del Sol, lo que la convierte en la combinación de estrellas de neutrones dobles más ligera jamás descubierta. Entre ellos, la masa del púlsar visible es aproximadamente 1,30 veces la masa del Sol, y la masa de la estrella de neutrones compañera es aproximadamente 1,19 veces la masa del Sol. Esta estrella compañera se encuentra entre las estrellas de neutrones más ligeras conocidas en el mundo, acercándose al límite de masa teórico inferior de las estrellas de neutrones, lo que impone fuertes limitaciones para el análisis preciso del mecanismo físico de las explosiones de supernovas.
Gracias a su órbita extremadamente densa, el sistema tiene un entorno gravitacional extremadamente fuerte y el equipo de investigación observó con éxito una serie de efectos relativistas claros. Detectaron con precisión la precesión del periapsis de la órbita elíptica, el desplazamiento hacia el rojo de la frecuencia de los fotones causado por el fuerte campo gravitacional, el efecto de dilatación del tiempo causado por el movimiento a alta velocidad, así como la pérdida de energía del sistema debido a la radiación continua de ondas gravitacionales y la lenta decadencia del período orbital. Los cálculos de datos muestran que la relación entre el valor de atenuación del período orbital medido esta vez y el valor predicho por la relatividad general es 1,009 ± 0,014, lo que confirma la exactitud de la relatividad general.
Según la deducción del modelo del equipo, el sistema se fusionará en unos 82 millones de años y eventualmente formará una estrella de neutrones más masiva con una alta probabilidad. Este camino evolutivo especial juega un papel importante a la hora de resolver el problema de la ecuación de estado dentro de la estrella de neutrones y explorar el origen de elementos pesados como el oro y el platino en el universo.
El sistema también tiene la capacidad de realizar avances científicos posteriores. Su inclinación orbital extremadamente pequeña y su período orbital extremadamente corto crean condiciones excelentes para detectar el efecto de arrastre del marco de referencia que se produce cuando el púlsar gira. Actualmente, sólo uno o dos ejemplos de sistemas binarios de estrellas de neutrones tienen el potencial de detectar este efecto. El efecto de arrastre del marco de referencia está directamente relacionado con la inercia rotacional de la estrella de neutrones. Posteriormente, basándose en las continuas observaciones de alta precisión de FAST, se espera medir con precisión la inercia rotacional de la estrella de neutrones. Combinadas con los datos de la masa de las estrellas de neutrones medidos con precisión, la observación y la investigación a largo plazo pueden proporcionar limitaciones clave para cuestiones científicas de vanguardia, como revelar el estado material interno de las estrellas de neutrones y explorar las características básicas de la gravedad del espacio-tiempo.
Esta investigación cuenta con el apoyo de proyectos clave de investigación y desarrollo del Ministerio de Ciencia y Tecnología y proyectos de institucionalización de la Academia China de Ciencias. Para obtener más información sobre el proyecto "FAST Galactic Plane Pulsar Survey" y los datos relacionados, visite el sitio web del proyecto: http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/.
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