中國天文學家在極緻密X射線雙星領域取得重要進展

中國科學院雲南天文台研究員王博等人在極緻密X射線雙星領域取得重要進展。提出了形成極緻密X射線雙星的中子星+氦星模型，解釋了長軌道周期極緻密X射線雙星的形成，並為觀測上區分這類天體的起源通道提供了一種方法。

極緻密X射線雙星（Ultracompact X-ray binaries）是一類低質量X射線雙星，兩顆子星的軌道距離非常近，其軌道周期小於1小時。在該系統中，一顆緻密天體（通常為一顆中子星）通過洛希瓣從其貧氫伴星吸積物質，在物質的吸積過程中釋放引力能產生X射線輻射（見圖1）。

極緻密X射線雙星是研究雙星演化中一些極端物理過程的重要天體，並且對多信使天文學研究具有重要意義。這類天體既可以產生X射線等電磁輻射，同時也是銀河系中重要的低頻引力波源。由於能夠產生持續的引力波輻射，極緻密X射線雙星有望成為LISA、太極、天琴等空間引力波探測器的第一批目標源。作為雙星演化晚期的重要階段，極緻密X射線雙星可以產生毫秒脈衝雙星，並且可以提供雙星演化過程中的一些重要信息，比如：緻密天體吸積過程、角動量損失機制以及公共包層拋射效率等。此外，極緻密X射線雙星中的緻密天體可以作為研究大質量恆星演化的探針，同時也是檢驗極端強引力條件下廣義相對論的理想實驗室。

　　由於雙星軌道距離近，極緻密X射線雙星的伴星通常被認為是一顆白矮星。但是，該模型很難解釋觀測上的一些長軌道周期的極緻密X射線雙星。為此，王博等人提出了中子星+氦星模型。在該模型中，由於雙星軌道距離近，引力波輻射強，由引力波輻射提取雙星軌道角動量使雙星距離拉近，從而使氦星充滿洛希瓣，進行物質交流。該模型解釋了長軌道周期極緻密X射線雙星如何形成的難題，並為觀測上區分這類天體的起源通道提供了一種方法，即在質量轉移率與軌道周期平面上來區別不同的形成通道（見圖2）。基於中子星+氦星模型，王博等人還給出了極緻密X射線雙星的一些統計特徵，比如：能夠被LISA等空間引力波探測器探測到的數目、引力波信號等（見圖3），在我們銀河系內約有1到26顆極緻密X射線雙星能夠被LISA探測到。

由中子星+氦星模型產生的極緻密X射線雙星將演化為毫秒脈衝雙星，若存在掩食現象則為伴星質量較小的一類黑寡婦星，最終將形成孤立毫秒脈衝星。近年來，隨著大型射電望遠鏡（比如中國天眼FAST等）的投入和使用，在觀測上發現了越來越多伴星質量較小的黑寡婦星，這些毫秒脈衝雙星的發現是對中子星+氦星模型的支持。

【圖：美國太空總署；文：節錄自中國科學院雲南天文台網頁；新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年7月21日出版的英國《皇家天文學會月報》 標題是：Ultracompact X-ray binaries with He star companions