钱德拉天文台揭示新的线索至于如何明亮地发挥ULX的作用

日期:2018-05-14 浏览:3

在20世纪80年代,科学家们开始在星系中发现一类新的非常明亮的X射线源。这些来源是一个惊喜,因为它们远离星系中心的超大质量黑洞。起初,研究人员认为,这些超大型X射线源或ULX中的许多是黑洞,其质量约为太阳的百万到十万倍。后来的工作表明,其中一些可能是恒星质量的黑洞,其质量可达太阳质量的几十倍。

2014年,美国宇航局NuSTAR(核能光谱望远镜阵列)和钱德拉X射线天文台的观测显示,少数ULX在X射线光的照度上等于数百万个太阳的所有波长的总输出量,甚至更少称为中子星的大型物体。这些是爆炸的大质量恒星烧毁的核心。中子星通常只包含大约太阳质量的1.5倍。在过去几年中,有三个ULX被确定为中子星。科学家们在ULX的X射线发现中发现了规则的变化,即“脉动”,这种行为是由中子星而不是黑洞所表现出来的。

现在,使用美国宇航局钱德拉X射线天文台数据的研究人员已经确定第四个ULX是一颗中子星,并发现了这些物体如何能够如此明亮地发光的新线索。新定义的ULX位于惠而浦星系,也被称为M51。这个惠而浦的合成图像包含来自钱德拉的X射线(紫色)和来自哈勃太空望远镜(红色,绿色和蓝色)的光学数据。 ULX标有一个圆圈。

中子星是非常密集的物体 - 一茶匙重达10亿吨,就像一座山。中子星的强烈引力将周围的物质拉离伴星,当这种物质落向中子星时,它会升温并发出X射线。随着越来越多的物质落入中子星,有一段时间,由此产生的X射线光线产生的压力变得非常强烈,以至于将物质推离。天文学家称这一点 - 当物体通常不能更快地聚集物质并放出更多的X射线 - 爱丁顿极限。新的结果表明,ULX超过了中子星的Eddington极限。

科学家分析了Chandra拍摄的档案X射线数据,发现ULX的X射线光谱中出现了不寻常的下降,这是不同波长下测得的X射线强度。在排除其他可能性后,他们得出结论认为,倾角可能来自称为回旋共振散射的过程,当带电粒子(带正电荷的质子或带负电荷的电子)在磁场中环绕时,发生回旋共振散射。被称为回旋加速器线的X射线谱中的倾角的大小意味着磁场强度至少比螺旋进入恒星质量黑洞的物质的磁场强度大10,000倍,但是在中子观察到的范围内星星。这提供了强有力的证据,证明这个ULX是一颗中子星而不是黑洞,并且是第一个不涉及检测X射线脉动的这种识别。

精确确定磁场强度取决于是否知道回旋加速器线的原因,无论是质子还是电子。如果这条线来自质子,那么中子星周围的磁场非常强烈,可与中子星产生的最强磁场相比,并且实际上可能有助于打破爱丁顿极限。这种强大的磁场可以降低ULX X射线的压力 - 通常推动物质的压力 - 允许中子星消耗比预期更多的物质。

相反,如果回旋加速器线路来自于环绕的电子,那么围绕中子星的磁场强度就会减弱大约10,000倍,因此不足以使流入这颗中子星的电流足以破坏爱丁顿极限。

研究人员目前没有足够详细的新ULX谱来确定回旋加速器线的起源。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中的回旋加速器线。

由加州理工学院的Murray Brightman领导的一篇描述这项研究的论文出现在最新一期的“自然天文学”(Nature Astronomy)中。其他作者包括欧洲航天中心的F.Fürst;英国南安普顿大学M.J.米德尔顿; D.J.英国剑桥大学Walton和A.C. Fabian;美国宇航局喷气推进实验室的斯特恩; Caltech的M. Heida;法国国家科学研究中心的D. Barret和图卢兹大学;和意大利国家科学院院士M. Bachetti。

美国国家航空航天局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心负责管理华盛顿美国宇航局科学任务局的钱德拉计划。位于马萨诸塞州剑桥的史密森天体物理观测站控制钱德拉的科学和飞行运行。

出版物:M.Brightman等人的“中子星动力超光速X射线源的磁场强度”,Nature Astronomy(2018)doi:10.1038 / s41550-018-0391-6

资料来源:NASA的Lee Mohon,钱德拉X射线天文台