天文学家首次见证恒星新星的X射线“火球”

太空中最强大的X射线仪器，捕捉到了一颗死星在新星爆炸过程中短暂而巨大的爆发。

上图：2020年5 月7日的 eROSITA 图像，显示了 X 射线火球。

德国和俄罗斯联合的 eROSITA 望远镜，搭载在L2拉格朗日点（是的，韦伯的家）的S pektr-RG 空间天文台上，首次捕捉到了经典新星的“火球”阶段。这一X射线数据，最终通过观测证实了1990年关于新星物理的预测。

这颗备受争议的新星被称为“YZ网状（YZ Reticuli）”新星，于2020年7月15日发现，距离约8250光年，靠近南方的网状星座。分析显示，这种短暂的变亮，很可能是我们所说的经典新星的结果：一颗白矮星的爆发。

它的工作原理是这样的：白矮星是我们认为的“死亡”恒星 —— 恒星的坍缩核心，在达到原子聚变（主序列）寿命结束并喷出外部物质后，其质量约为太阳的8倍。其他这类物体包括中子星（8到30个太阳质量）和黑洞（任何大于8到30个太阳质量的天体）。

白矮星体积小，密度大：大致介于地球和月球的大小之间，最大可达1.4个太阳的质量。这个质量极限被称为“钱德拉塞卡极限”：如果一颗白矮星超过这个极限，它就会变得非常不稳定，以至于它会爆炸成一颗壮观的超新星。

白矮星也可能（经常）在双星系统中，与较大的恒星（尽管质量较小）在一起。如果它们在一个足够近的共同轨道上，白矮星可以从它的双星中吸取物质。

这种物质主要是氢，它聚集在白矮星的表面，并在那里加热。最终，质量变得如此之大，以至于氢层底部的压力和温度，足以点燃白矮星表面的原子聚变，这会引发热核爆炸，将多余的物质猛烈地驱逐到太空中。你好，新星！

在2020年6月至12月的第二次全天观测中，eROSITA 反复扫视了含有白矮星的天空区域。在它的前22轮，一切看起来都很正常，非常好。然而，在从2020年7月7日开始的第23次过境中，一个极其明亮的软X射线源，出现在后来被确认为 YZ Reticuli 的地方。但在下一次飞行时再次消失，这意味着整个闪光不可能持续超过8个小时。

这是在光源的光学增亮之前的 11 小时。天文学家说，这与新星“火球”阶段的理论模型完全一致。（之前，对新星火球的观测是在光学波长下进行的，并且关注的是恒星爆发时不断膨胀的喷射物 —— 这完全是新星的不同阶段。）

根据 1990 年提出的预测，在引发爆炸的失控聚变和恒星在光学波长中变亮之间，应该会发生一个非常短暂的“火球”阶段。在恒星以光学波长变亮之前，这个阶段应该表现为柔和、短暂且明亮的 X 射线闪光。

根据理论，这是因为膨胀的物质到达了白矮星的光球层，即“表面”。在很短的一段时间内，由于恒星的引力，该物质向外的加速度与向内的加速度相匹配，导致白矮星升温并以最大的亮度发光，这被称为“爱丁顿光度（Eddington luminosity）”。

随着爆炸继续扩大，它会冷却下来，导致发出的光从能量更高的X射线波长转移到光学波长。这通常是我们看到新星变亮的时候。

这些结果使研究小组得以对这颗白矮星进行一些关键的测量。其中包括，热核反应的精确时间，以及新星事件整个过程中白矮星的温度演变。理论工作还表明，火球阶段的持续时间与白矮星的质量相对应。利用这些信息，研究小组得出了太阳质量的0.98倍。

研究小组说，这次观察非常幸运。 考虑到我们银河系中新星的速度，在其四年的任务中，预计 eROSITA 只会探测到一两个这样的火球。

研究人员在论文中写道：“随着 eROSITA 成功探测到YZ网的闪光，X射线闪光的存在现在已经被观测证实。我们的发现还补充了缺失的部分，以测量新星的总能量，完成了热核逃逸光球演化的全貌。”

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！