空中课堂 - 极亮X射线脉冲星

小伙伴们大家好，

天文馆“空中课堂”上课啦！

以前我们介绍过中子星，它们主要由中子组成，中子的简并压支撑抗衡引力，其质量是太阳质量的1-2倍，是宇宙中最重的原子核。今天我们介绍2014年发现的一类特殊的中子星：极亮X射线脉冲星。有些中子星的射电或X射线辐射会呈现脉动的周期现象，周期在毫秒到千秒的量级，是由中子星的自转引起的，就被称为脉冲星（pulsar），其中X射线脉冲星是双星系统中的中子星吸积光学伴星的物质而发出X射线辐射。

图1 来源于NASA

图1展示了星爆星系M82因剧烈恒星形成产生的垂直于星系盘的星系风（X射线的观测），其中心区域有几个点状的源，其中之一为M82 X-2。

极亮X射线源是爱因斯坦X射线天文台在上世纪80年代发现的。这类天体主要位于近邻的恒星形成星系中，其X射线光度高于1039erg/s，比一般银河系内的X射线源至少高出一个量级，因此称之为极亮X射线源（Ultra Luminous X-ray sources, ULX）。作为对比，太阳的光度是4x1033erg/s，而平常太阳的X射线光度在1026erg/s左右。

由于ULX不在星系核心，所以并不是超大质量黑洞。以前人们推测ULX可能是中等质量黑洞（102-105 M ）或者是恒星级黑洞（ 10M ）。2014年，Bachetti等人发现星爆星系M82里面的一个ULX（M82 X-2）的X射线辐射有脉动现象，表明其吸积星体是中子星，而不是以前人们认为的恒星级黑洞或者中等质量黑洞，这类极亮的有脉动现象的ULX就被称为极亮X射线脉冲星（ULXP），是由一颗中子星和一颗光学伴星组成的双星系统。目前为止发现了大约10颗左右的ULXP，表明至少一部分的ULX的吸积星体是中子星，ULXP的光度极高，约为中子星爱丁顿光度的10-500倍，它们如何能产生这么高的光度还是一个谜题，可能与中子星的强磁场，光学伴星的不稳定的强物质转移等有关。

图2 M82 X-2发现脉动图 图片来源于Bachetti et al.2014

在M82 X-2发现脉动图中，其中a是观测的光变曲线，b是探测的脉动周期（ 1.37秒）呈现2.5天的轨道调制，c是其脉冲轮廓及脉动辐射的比率。

ULXP可能代表X射线双星的一个快速演化阶段，其演化产物可能形成含有两个中子星的系统，而双中子星系统的最后并合则会导致可探测的引力波信号及电磁信号，即千新星。千新星的光度比超新星的光度小，约为普通新星的一千倍，我们以后再介绍。

相比于目前观测的大约1000颗左右的ULX，现在发现的ULXP只是冰山一角，不过这并不说明只有很少的ULX的吸积星体才是中子星，因为要探测到ULXP的脉动现象需要高质量的数据，而目前的X射线望远镜的观测能力对河外的ULX来说相对较弱。有研究者猜测可能大多数的ULX的吸积星体都是中子星，确切情况尚不明确，需进一步研究。

作业时间

问 题

请在图1中找出M82 X-2。

正确答案明日揭晓！

文章作者：北京天文馆 刘星

文章编辑、排版：北京天文馆 管峰

公众号名称：北京市科学技术研究院

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