造父變星中的X射線


造父變星是一種典型脈動變星,它們的亮度隨恆星半徑週期性變化,造父變星發出的輻射波長也隨著恆星的脈動而變化。最近有研究團隊對造父變星輻射X射線的模式進行分析。

造父變星在宇宙中佔有非常重要的地位,這要歸功於美國女天文學家亨麗愛塔·勒維特(Henrietta Swan Leavitt)一百多年前發現的周光關係,造父變星亮度變化的周期與它的光度相關。如果我們測量了一個造父變星的周期,便能推算出它的發光功率,再加上我們所見的視亮度,可以用來確定造父變星的距離。一百年前著名天文學家哈勃(Edwin Hubble)便是利用造父變星確認了仙女座大星系的距離,證明它是遠在銀河系之外的另一個星系。造父變星對於測量宇宙中的遙遠距離至關重要,稱作「標準燭光」。

當造父變星亮度最小時,短波輻射(例如紫外線及X射線)還是很強。而最近幾年的觀察顯示,造父變星亮度最大時,X射線功率還會有預期外的增加。

造父變星大氣層中的衝擊波可能是這種預期外的X射線出現的原因。隨著恆星半徑的脈動,內部各層會相互碰撞,將衝擊波向外傳遞到恆星的大氣層,加熱大氣層中的電漿,激發X射線。為了探究衝擊波引起X射線的可能性,由哈佛大學-史密松天體物理中心(Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics)以索非亞-帕拉斯科維·莫紹(Sofia-Paraskevi Moschou)領導的團隊,以電腦模擬造父變星的行為,並分析這些模擬恆星輸出的光譜數據。

他們模擬了典型的造父變星「造父一」,它的質量是太陽的五倍,除了脈動和衝擊波外,還考慮恆星風和磁場導致的質量損失,密度和溫度可能發生的變化。

研究結果顯示,當恆星半徑最大時大氣層中的衝擊波足以產生X射線,不過半徑最小時的X射線成因則是來自其它較穩定的過程。

「造父一」是一種短週期的造父變星,長周期造父變星的機制可能是不同的挑戰。未來只有待天文學家更多的研究及觀測。

【圖:美國太空總署;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年9月11日出版的《天體物理學報》

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