銀河系超軟X射線源研究獲進展

近日，中國科學(xué)院云南天文臺研究人員在《天體物理學(xué)雜志》（The Astrophysical Journal）上發(fā)表對銀河系超軟X射線源的最新研究成果。該工作基于TESS空間望遠鏡和AAVSO數(shù)據(jù)庫的測光數(shù)據(jù)，確認了超軟X射線源半人馬座WX的軌道周期在長期持續(xù)減小，揭示了半人馬座WX的軌道演化是由次星磁星風(fēng)或磁盤風(fēng)驅(qū)使的。兩者單獨或共同作用引起的角動量損失驅(qū)使雙星系統(tǒng)的物質(zhì)從次星轉(zhuǎn)移到白矮星主星，當白矮星質(zhì)量達到錢德拉塞卡極限時，產(chǎn)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，是由一顆致密的大質(zhì)量白矮星主星和一顆主序星（或者巨星等）構(gòu)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(zhì)而源源不斷地輻射超軟X射線，并使其質(zhì)量不斷增大（圖1）而最終產(chǎn)生Ia型超新星爆炸。然而這類雙星中物質(zhì)轉(zhuǎn)移的物理機制仍不清楚。半人馬座WX是在銀河系中被發(fā)現(xiàn)的一顆掩食的超軟X射線源。為進一步研究這顆雙星的物質(zhì)交流轉(zhuǎn)移及軌道演化過程，研究人員使用空間望遠鏡TESS的連續(xù)軌道光變曲線，以及AAVSO數(shù)據(jù)庫收集的光變曲線，對該系統(tǒng)的軌道周期變化進行了詳細的分析研究（圖2），揭示了其軌道周期存在一個長期減小的趨勢，雙星軌道在持續(xù)收縮。

根據(jù)前人的研究結(jié)果，當白矮星質(zhì)量約為0.9個太陽質(zhì)量時，其伴星質(zhì)量僅為0.6個太陽質(zhì)量，比白矮星的質(zhì)量要小。在角動量守恒的情況下，較小質(zhì)量的伴星向白矮星轉(zhuǎn)移物質(zhì)，軌道周期應(yīng)該持續(xù)增加，而不是減小。因此，研究人員考慮雙星系統(tǒng)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(zhì)轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的影響，且致使軌道持續(xù)收縮。這種角動量損失機制主要由雙星系統(tǒng)中各種風(fēng)的磁滯作用構(gòu)成。對于半人馬座WX，風(fēng)的來源可能是伴星的磁星風(fēng)以及吸積盤的磁盤風(fēng)。最終，研究人員通過計算得出：當伴星的阿爾芬半徑大于20個太陽半徑時，僅靠伴星的磁星風(fēng)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于20個太陽半徑時，則需要磁盤風(fēng)的共同作用，且吸積盤的阿爾芬半徑不小于5.5個太陽半徑。這些結(jié)果為進一步研究Ia型超新星及其前身星的演化進程等提供了豐富的信息。

相關(guān)研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點項目等的資助。

圖1 超軟X射線源示意圖（圖片來源：https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/cvs/cvstext.html）

圖2 半人馬座WX的軌道周期變化分析圖。上圖是光極小時刻的觀測值O和使用已知歷元計算出的值C之間的差值的分布，這說明了軌道周期的變化情況。下圖是對此分布擬合后得到的殘差分布情況。數(shù)據(jù)點呈開口向下的拋物線趨勢，說明半人馬座WX的軌道周期正在減小。