最轻的一对「舞者」：中国天眼捕获迄今最轻双中子星，你手上的金戒指曾与它们有关

选题来源：《物理评论快报》（PRL，2026-09-15 在线，编辑遴选重点推介）；中国科学院国家天文台；科技日报；央视新闻/央广网；中新网 作者：「新科学」编辑部 ｜ 字数：约 3100 字

一、先看你手上的金戒指

如果你此刻戴着一枚金戒指，或者一条金项链，请允许我先讲一个关于它的故事。

元素周期表上，铁之前的元素可以在恒星内部的炉火里一层一层烧出来——氢烧成氦，氦烧成碳，一路烧到铁。但金、铂这些比铁重得多的元素，恒星日常的炉火供不起它们的「出生证」。它们需要一场更暴烈的事故：两颗中子星——恒星死亡后留下的极致密残骸——在相互绕转了亿万年后相撞，在那场被称为「千新星」的爆发里，把中子像暴雨一样泼进原子核，浇铸出金与铂。

也就是说，你手上那圈金属的每一个原子，大概率都诞生于某个遥远星系里两颗死星的最后一舞。

这个判断在很长一段时间里只是理论推演。直到 2017 年 8 月 17 日，引力波探测器 LIGO 与 Virgo 捕到双中子星并合事件 GW170817，全球七十多台望远镜同时转向同一片天空，人类第一次亲眼「看见」千新星光谱里锶等重元素的指纹——理论终于落了地。

而今年 9 月 15 日，《物理评论快报》（PRL）发表的一项来自中国天眼 FAST 的成果，给这个故事补上了一个新角色：一对迄今为止人类所知总质量最轻的双中子星——PSR J1856-0039。论文同时被期刊编辑遴选为重点推介成果。

二、宇宙里最准的钟，和最罕见的「双人舞」

要理解这项发现的分量，得先回到 1967 年。

那年秋天，剑桥大学研究生乔丝琳·贝尔（Jocelyn Bell）在分析射电望远镜的纸带记录时，注意到一个周期精确到令人发指的脉冲信号——每 1.337 秒一次，稳定得像有人在对表。课题组半开玩笑地把它命名为 LGM-1，「小绿人一号」。它当然不是外星人，而是人类第一次捕到的脉冲星：高速自转的中子星，磁极扫过地球时像灯塔一样打出节拍。1974 年诺贝尔物理学奖颁给了这项发现，获奖者是贝尔的导师休伊什——贝尔本人不在名单上，这成了科学史上被反复讨论的遗憾之一。

中子星这个物种的存在，其实早在 1934 年就被巴德与兹威基在纸上预言过：大质量恒星爆炸死亡后，核心塌缩成一个直径只有二十来公里、却比太阳还重的「核」。一勺子中子星物质，按地球标准得以亿吨计。

单个脉冲星已经够神奇，两颗中子星互相绕转的「双中子星系统」则罕见得多——它要求一对大质量恒星先后爆发、又都恰好不把对方踹散。到今天，人类确认的双中子星系统只有约 30 例。1974 年，赫尔斯和泰勒发现了其中第一例 PSR B1913+16：他们测出这对双星的轨道周期在一点点缩短，缩短的速率与爱因斯坦广义相对论关于「引力波带走能量」的预言严丝合缝。这是引力波存在的第一个铁证，两人因此获得 1993 年诺贝尔物理学奖。

所以天文学界有句半认真的话：每发现一例新的双中子星，就等于领到一间新的极端物理实验室——强引力、高密度、相对论效应，全部免费开机。

三、FAST 捕获的新「舞者」：轻到逼近理论极限

这一次领到新实验室的，是中国科学院国家天文台韩金林研究员领衔的 FAST 银道面脉冲星巡天团队。

作为全球灵敏度最高的单口径射电望远镜，FAST 搭配 L 波段 19 波束制冷接收机，用团队自主研发的快照观测模式对银道面做系统性扫描，迄今已发现约 900 颗新脉冲星。PSR J1856-0039 是从这批样本里甄别出的特殊系统，特别之处有两个「最」：

第一「最」，是轻。 系统总质量只有 2.488 倍太阳质量，刷新人类已知双中子星的质量下限。其中可见脉冲星约 1.30 倍太阳质量，伴星约 1.19 倍太阳质量——这颗伴星跻身全球已知最轻中子星之列，几乎贴到理论允许的下限。韩金林的介绍里有一句很值得咂摸：这颗「超轻」伴星为研究超新星爆发机制提供了关键线索——它太轻了，轻到对「恒星究竟怎么死」这件事构成了硬约束。

第二「最」，是紧。 两颗星互绕一圈只要 2.36 小时，在已知双中子星系统里排第二短。轨道越短，星距越近，引力越强，相对论效应就越显著。团队在这个系统里清晰测到了一组广义相对论的「全家桶」：椭圆轨道像花瓣一样缓慢旋转的近星点进动；强引力场把光的频率拉低的引力红移；高速运动造成的时间膨胀；以及系统持续辐射引力波、轨道周期一点点衰减——与广义相对论预言高度吻合。

科学家据此推算，这对舞者将在约 8200 万年后并合，大概率留下一颗更大质量的中子星。8200 万年听起来漫长，在天体演化的时间尺度上，却已近得足以让这类系统成为研究「中子星内部到底是什么状态」「宇宙里的金从哪来」的关键样本。

还有一个更令人期待的悬念。这个系统轨道倾角小、周期短，是探测「参考系拖拽」效应的绝佳条件——通俗说，中子星自转时会像搅动蜂蜜一样拖动周围的时空。目前已知的双中子星系统中，仅有一两例有希望测到这种效应。随着 FAST 持续高精度观测，科学家有望进一步测出中子星的转动惯量，把探针伸进中子星内部物质的分布深处。

四、为什么是 FAST，为什么是银道面

把视野拉远一点，这项发现的路径其实很有「笨功夫」的气质。

脉冲星巡天是射电天文里最考验耐心的工种之一：对着银河平面一寸一寸扫，信号埋在海量噪声里，候选体要反复确认、长期计时，才能从「疑似脉冲星」熬成「认证脉冲星」。FAST 团队靠这套功夫攒下约 900 颗新脉冲星，PSR J1856-0039 正是这个「基数」里筛出的金子——发现约 30 例之一的稀缺系统，前提是你先得有能力看见成百上千颗普通的。

这条路的源头，站着南仁东。这位 FAST 的首席科学家兼总工程师，用二十二年把一口 500 米口径的「大锅」安进贵州的喀斯特洼地，2017 年 9 月病逝，没能等到望远镜后来的绝大多数成果。2018 年，国际永久编号 79694 的小行星被命名为「南仁东星」。如今 FAST 每出一项成果，都是这个名字的延长线。

从贝尔的纸带，到赫尔斯-泰勒的轨道衰减曲线，再到 FAST 的快照巡天，脉冲星研究的工具换了几代，内核的追问没有换：时间是什么，引力是什么，物质被压到极限时会变成什么。

五、轻的下限，与重的起源

回到开头那枚金戒指。

PSR J1856-0039 这样的系统，把两条看似无关的线拧到了一起：一条线问「轻」的极限——一颗中子星最少可以多重？这约束着超新星怎么爆发、致密物质的状态方程怎么写；另一条线问「重」的起源——金、铂这类元素从哪里被制造出来？答案正是这类双星系统亿万年后的并合。最轻的一对舞者，谢幕时演出的却是最重的元素锻造。

科学史上常有这种时刻：一个以「刷新下限」被记录的发现，真正撑开的却是认知的上限。1932 年查德威克发现中子时，没人想到它会引出中子星；1967 年贝尔盯着纸带上那串规律脉冲时，也没人想到五十年后人类会拿这种星星当钟表，去测引力波、去给宇宙元素溯源。

8200 万年后，PSR J1856-0039 的两颗星会撞在一起，把新的一炉金与铂撒向星际空间。那些原子里的某一些，或许会在某个遥远未来的星球上，被某个文明打成一枚戒指，戴在谁的手上。

而此刻，在贵州的洼地深处，那口大锅还在听着这对舞者渐快的舞步——一圈，又一圈，每 2.36 小时，一次心跳。

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【科学边界说明】本文为科学传播内容，所涉测量数据与理论解读以《物理评论快报》原文及中国科学院国家天文台发布为准；文中关于未来观测前景的表述为研究团队展望，不构成确定性预言。