科学家首次获得一个“吸血鬼恒星”吃食在它的猎物上的好观察

By Robert Lea published 8 hours ago

Astronomy

"如果你能有点靠近白矮星的极站着，你将会看见一柱气体延伸进天空两千英里随后向外扇开"。

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展示围绕一颗吸血鬼白矮星涡旋的色彩的星体物质的描画。 (Image credit: Jose-Luis Olivares, MIT)

天文学家用美国宇航局的成像X射线偏振探测器航天器（IXPE）已经首次获得了他们的围绕一颗正在吸血鬼般吃食在一个伴星上的死白矮星的内部区域的观测。

来自麻省理工学院（MIT）的团队能够对距离地球约200光年的九头蛇（EX Hydrae）系统中的一颗白矮星的立即周围此前不可获得的高能区域进行一个详细的研究。

该系统是一类叫一个“中间极”的部分，这因发射包括X射线的一个复杂辐射模式著称。九头蛇包含一颗类似于太阳质量恒星生命的终末阶段的白矮星和它的受害恒星组成，受害恒星每98分钟完成环绕白矮星一圈。这使九头蛇成为从来发现的最接近中间极双星系统之一。

研究人员不仅发现在X射线中的一个高度偏振现象——这种偏振描述包含电磁辐射的波角度在内在波方向中的一致性，而且他们还能够追踪到这些高能辐射到一个高达2000英里（3200公里）的被从伴星吸出落到白矮星上的炽热恒星物质柱。

这大约是白矮星本身半径的一半，比科学家之前已经估计这种结构的远更大。该团队还检测到X射线在被散射之前反射掉白矮星表面，某些之前已经预测过从未被证实的的事情。

中间极由于白矮星的磁场的强度的变化得名。当磁场是特别强时这些死恒星会从伴星吸取物质，然后这流向白矮星的两极。然而当白矮星的磁场是弱时，剥离的物质围绕白矮星形成叫吸积盘的涡旋结构。从那里这些被盗的恒星物质逐渐被喂给恒星残骸的表面。

对有中等强度磁场的吸血鬼白矮星情况是更复杂的。科学家们已经预测对于这些系统应该仍然会形成一个吸积盘，但它应该被拖向这些白矮星的两极。然后这些系统中的磁场应该抬升这种物质，创造一个恒星物质的喷泉或一个“吸积幕”，以每小时数百万英里的速度降雨落在白矮星的磁极上。

科学家们已经预测这种向下流动的物质应该撞进之前被磁场提升的仍正在降落的物质，创造温度能达数百万华氏度的湍流气体柱，在此过程中发射X射线。

2025年1月，研究小组的目标是通过用 成像X射线偏振探测器航天器进行大约值7个地球日的观测研究九头蛇系统来测试这一想法。

这些发现证明一种叫“X射线偏振度量”的技术，这测量在研究极端和剧烈的恒星环境中X射线的偏振。

麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所的团队负责人肖恩·冈德森在一份声明中说：“我们表明了X射线偏振度量能被用于做出白矮星的吸积几何的详细测量。它打开探究做出其他类型的也已经从未预测过X射线偏振信号的吸积白矮星的一扇窗户” 。

偏振的发现

光波对光正在传播的方向成直角振荡，但它们振荡的角度能被磁场和电场影响。此外当光从一个表面反弹时它能变成偏振的，这意味着光波的振荡被组织成一个共同的方向。通过研究偏振的光，研究人员能更多地了解关于它已经散射掉的物体。

成像X射线偏振探测器航天器于2021年发射，是美国宇航局的首个被设计来探测偏振X射线的使命，该航天器已经研究了宇宙的一些最极端的天体和事件，如中子星、黑洞和超新星。这是成像X射线偏振探测器航天器首次已经被指示来研究一个中间极系统，一个更小的天体，但仍然是一个强的X射线发射器。

麻省理工学院的研究小组成员赫尔曼·马歇尔说：“我们开始讨论多少偏振对得到一个这些类型的系统中什么正在发生的想法会是有用的，大多数望远镜在它们的视野中只视为一个点。对于从源来到的每一个X射线你能测量偏振方向。你收集很多的这些，它们都在不同的角度和方向上，你能平均这个以获得一个首选的偏振度和方向” 。

马歇尔、刚德森和同事在来自九头蛇的X射线中发现了一个8%的偏振度，这远高于理论模型预测的。跟随这一发现，科学家们证实X射线确实真的起源于一个约2000英里高的碰撞气体柱。

冈德森说：“如果你能站在离白矮星极点稍近的地方，你会看到一个气体向天空延伸2000英里然后向外散开的柱”。

通过测量这些X射线的偏振方向，研究小组能够确认这种高能辐射从白矮星表面反弹之前正在旅行穿过太空。

团队成员、麻省理工学院科学家拉维（Swati Ravi）补充道：“关于X射线偏振是有帮助的事情是它正在给你一个这个整个系统的最内部、最高能部分的图片。当我们通过其他望远镜观察时我们看不到这个的任何细节” 。

该团队现在打算将它的围绕吸血鬼恒星环境的调查从九头蛇扩展到其他喂食白矮星系统。这最终可能帮助更好地了解这些系统的最终状态——从过量喂食的死恒星浮现Ia型超新星爆炸，通常造成白矮星的完全毁灭。

马歇尔总结道：“有一点是太多的物质从一个伴星落到白矮星上，以至于白矮星不能再把持它了，整个东西坍塌并产生一种在整个宇宙中都可以观测到的超新星，这能被用来计算宇宙的尺寸。因此，了解这些白矮星系统帮助科学家了解这些超新星的来源，并告诉你星系的生态” 。

该团队的研究于11月10日发表在 The Astrophysical Journal.