中國天文學家在銀河系超軟X射線源研究方面獲新進展


中國科學院雲南天文台雙星與變星研究團組博士研究生臧蕾和錢聲幫研究員等人對銀河系超軟X射線源研究取得最新成果。 該工作基於凌日系外行星巡天衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,簡稱 TESS)和美國變星觀測者協會數據庫的測光數據,確認超軟X射線源半人馬座WX的軌道周期在長期持續減小,顯示半人馬座WX的軌道演化是由次星磁星風或磁盤風驅使。兩者單獨或共同作用引起的角動量損失驅使雙星系統的物質從次星轉移到白矮星主星,當白矮星質量達到錢德拉塞卡極限(Chandrasekhar Limit)時,產生Ia型超新星爆炸。

超軟X射線源是最可能的Ia型超新星的前身天體,是由一顆緻密的大質量白矮星主星和一顆主序星(或者巨星)構成的激變雙星。白矮星通過吸積盤不斷吸積來自伴星的物質而源源不斷地輻射超軟X射線,並使它的質量不斷增大(上圖)而最終產生Ia型超新星爆炸。然而這類雙星中物質轉移的物理機制仍不清楚。

半人馬座WX是在銀河系中發現一顆掩食的超軟X射線源。為了進一步研究這顆雙星的物質交流轉移及軌道演化過程,研究人員使用凌日系外行星巡天衛星的連續軌道光變曲線,以及美國變星觀測者協會數據庫收集的光變曲線,對該系統的軌道周期變化進行了詳細的分析研究,揭露它的軌道周期存在一個長期減小的趨勢,雙星軌道在持續收縮。
  
根據前人的研究結果,當白矮星質量約為0.9個太陽質量時,它的伴星質量僅為0.6個太陽質量,比白矮星的質量要小。在角動量守恆的情況下,較小質量的伴星向白矮星轉移物質,軌道周期應該持續增加,而不是減小。因此,研究人員考慮雙星系統中很可能存在強大的角動量損失機制,足以抵消雙星間物質轉移產生的影響,且致使軌道持續收縮。 這種角動量損失機制主要由雙星系統中各種風的磁滯作用構成。

對於半人馬座WX,風的來源可能是伴星的磁星風以及吸積盤的磁盤風。研究人員通過計算得出:當伴星的阿爾芬半徑(Alfvén radius)大於20個太陽半徑時,僅靠伴星的磁星風便足以支撐觀測到的軌道收縮速率;而當伴星的阿爾芬半徑小於20個太陽半徑時,則需要磁盤風的共同作用,且吸積盤的阿爾芬半徑不小於5.5個太陽半徑。 這些結果對進一步研究Ia型超新星及它的前身星的演化進程等提供豐富的資訊。

【圖:美國太空總署;文:節錄自中國科學院雲南天文台2023年3月13日新聞公佈;新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2023年2月15日出版的《天體物理學報》;標題是:The Evolution of the Supersoft X-Ray Source WX Cen Dominated by Magnetic Wind

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