钱德拉X射线天文台揭示了有关ULX如何如此明亮地发光的新线索

时间：2021-07-27 17:52:07 来源：

在1980年代，科学家开始在银河系中发现一类新型的非常明亮的X射线源。这些来源令人惊讶，因为它们显然位于星系中心发现的超大质量黑洞之外。最初，研究人员认为许多这些超发光X射线源（ULXs）是黑洞，其质量约为太阳的十万倍。后来的工作表明，其中一些可能是恒星质量的黑洞，其质量最多是太阳质量的几十倍。

2014年，通过NASA的NuSTAR（核能光谱望远镜阵列）和钱德拉X射线天文台进行的观测表明，一些ULX随X射线发出的光的光度与在数百万个太阳的所有波长下的总输出相等。称为中子星的大型物体。这些是爆炸的大质量恒星的燃尽核心。中子星通常仅包含太阳质量的1.5倍。在最近几年中，三颗这样的ULX被确认为中子星。科学家发现，ULX的X射线发射具有规律的变化，即“脉动”，这是中子星而非黑洞所表现出的行为。

现在，研究人员利用来自NASA钱德拉X射线天文台的数据，确定了第四颗ULX是中子星，并找到了有关这些物体如何如此明亮发光的新线索。新近表征的ULX位于漩涡星系（也称为M51）中。漩涡的合成图像包含钱德拉的X射线（紫色）和哈勃太空望远镜的光学数据（红色，绿色和蓝色）。ULX标记有一个圆圈。

中子星是非常稠密的物体-一茶匙重达十亿吨，相当于一座山。中子星的巨大引力将周围的物质拉离伴星，并且当这种物质落向中子星时，它会加热并发出X射线。随着越来越多的物质落到中子星上，有时X射线所产生的压力变得非常强烈，以至于将物质推开。天文学家称之为这一点—当物体通常无法更快地积累物质并释放出更多的X射线时—爱丁顿极限。新的结果表明，该ULX超过了中子星的爱丁顿极限。

科学家分析了钱德拉（Chandra）拍摄的X射线档案数据，发现ULX的X射线光谱出现异常下降，即在不同波长下测量的X射线强度。在排除其他可能性之后，他们得出结论，这种下降很可能来自回旋共振散射，该过程是在带电粒子（带正电的质子或带负电的电子）在磁场中旋转时发生的。X射线光谱中的回落大小（称为回旋加速器线）意味着磁场强度比旋入恒星质量黑洞的物质至少强10,000倍，但在中子观测到的范围内星。这提供了有力的证据，证明这颗ULX是中子星而不是黑洞，并且是首次不涉及X射线脉动检测的鉴定。

磁场强度的准确确定取决于是否知道回旋加速器线的原因（质子还是电子）。如果线是质子，那么中子星周围的磁场非常强，可以与中子星产生的最强磁场相提并论，实际上可能有助于突破爱丁顿极限。如此强的磁场可能会降低ULX X射线的压力（通常是将物质推开的压力），从而使中子星消耗的物质比预期的多。

相比之下，如果回旋加速器线是由循环电子产生的，那么中子星周围的磁场强度将降低大约10,000倍，因此强度不足以使流到该中子星上的流动突破埃丁顿极限。

研究人员目前还没有足够详细的新型ULX频谱来确定回旋加速器的起源。为了进一步解决这个谜团，研究人员计划在M51的ULX上获取更多的X射线数据，并寻找其他ULX的回旋加速器线路。

由加州理工学院的默里·布莱特曼（Murray Brightman）领导的一篇描述该研究的论文发表在最新一期的《自然天文学》上。其他作者包括欧洲太空天文学中心的F.Fürst。 M.J.英国南安普敦大学米德尔顿； D.J.沃尔顿和A.C.英国剑桥大学的法比安； NASA喷气推进实验室的D. Stern；加州理工学院的M. Heida；法国国家科学研究中心和图卢兹大学的D. Barret；和意大利Istituto Nazionale di Astrofisica的M. Bachetti。

NASA位于阿拉巴马州汉斯维尔的马歇尔太空飞行中心负责管理NASA华盛顿州科学任务局的Chandra计划。位于马萨诸塞州剑桥市的史密森尼天体物理天文台控制着钱德拉的科学和飞行业务。

出版物：M.Brightman等人，“中子星驱动的超发光X射线源的磁场强度”，《自然天文学》（2018）doi：10.1038 / s41550-018-0391-6

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