费米望远镜发现伽玛射线双星系统

文章作者:lili | 2016-10-01
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昨天本站有报道过这两颗有史以来最亮的双子星系统,此前还以为是一颗。最后证实是两颗(链接)。这两颗恒星,虽然质量只有太阳几倍,但是发射出射线能量却是太阳百万级别。简直是亮瞎了。尽管如此,发现第二颗却也破费周折。就下图的波普来看,好像还是挺有规律的,而且波长也比较相近。科学家在对不同时期的波形做了研究比较之后,最终得出了结论。本文就详述其发现的过程。

费米望远镜发现伽玛射线双星系统

2012年,科学家们利用钱德拉X射线天文台发现在超新星残骸中有强烈的X射线源,正围绕着一颗炙热的、质量是太阳好几倍的恒星运转。

近日,国际科研团队利用NASA的费米伽马射线太空望远镜以及其他设备,在另一个星系观测到伽马射线双子星系统,并且这是有史以来最明亮的双子星系统。这个被称为LMC P3的双星系统含有一颗大质量恒星以及碎裂的星际核心,两者相互反应会产生循环的伽玛射线,也就是最高能量形式的光线。NASA戈达德航天中心研究者Robin Corbet表示,费米望远镜在太阳系只发现了5个此类系统,因此,在如此遥远的地方发现这么明亮的双星系统是一件非常令人兴奋的事情。

伽玛射线双子星系统之所以意义重大是因为伽玛射线的输出随着每个轨道的不同会发生显著变化,有时甚至会随着时间产生变化。这些变化有助于我们了解其他伽玛射线源的发射过程。这类稀有的系统要么包含了中子星,要么包含有黑洞,并且以伽玛射线的形式来辐射能量。LMC P3是在伽玛射线波段、X射线波段、无线电波段以及可见光波段中所能观测到的最明亮的系统。

LMC P3位于大麦哲伦云(LMC)中一颗超新星爆炸碎片的残骸中,大约在163,000光年外。2012年,科学家们利用钱德拉X射线天文台发现在超新星残骸中有强烈的X射线源,正围绕着一颗炙热的、质量是太阳好几倍的恒星运转。科学家们认为,这个致密天体要么是一颗中子星,要么是一个黑洞,并把该系统归类为大质量X射线双星(HMXB)。2015年,Corbet带领的团队开始利用费米望远镜观测这些系统周期性的特征变化来搜寻新的伽玛射线双星系统。科学家们发现了一个周期为10.3天的变化特性,就位于LMC中最近才被确认的数个伽玛射线源中心。

其中一个名为P3的射线源,不属于任何一个其他波段的天体,但位于HMXB附近。它们是同一个天体吗?为了找出答案,Corbet的团队利用NASA的斯威夫特卫星以X射线波段,澳大利亚望远镜阵列的无线电波段,南部天体物理学研究望远镜的可见光波段来观测这个双星系统。团队成员Jay Strader表示,光学望远镜能够根据双星的运行轨迹来观测其变化,但由于我们不知道轨道与我们的观测视觉倾斜角是多少,我们只能大致估计可见的质量。该恒星的质量大约是太阳的25-40倍,如果我们以45°角观测该系统,其伴星是一颗中子星,质量大约是太阳的两倍。然而,如果从正面观测,伴星则更像一个质量更大的黑洞。

LMC P3中心恒星的表面温度超过33,000摄氏度,是太阳温度的六倍多。该恒星非常明亮,发射出的光线的压力能够将物质带离表面,这些颗粒的流出速率达到每小时几百万英里。在伽玛射线双星系统中,科学家们认为致密的伴天体会产生自己的“颗粒风”,其电子的速率可以被加速到接近光速。相互作用的流出物会在轨道上产生X射线与无线电波,不过,只有当致密伴天体运行到距离地球最近的轨道时,所探测到的射线才是最强的。

通过一种不同的机制,电子风还会发射出伽玛射线。当恒星发出的光线与高能量电子相互碰撞时,会立刻被加强至伽玛射线的等级。这个过程被称作逆康普顿散射,从我们的视角出发,当致密伴天体经过距离恒星最远的轨道时,产生的伽玛射线更多。团队成员Guillaume Dubus表示,在别的星系发现伽玛射线双星系统意义重大。其中一个可能性是费米望远镜发现的这些伽玛射线双星系统仅是很罕见的案例,是当超新星以高速旋转形成中子星时所产生的,因为这会加强它产生加速粒子的过程和伽玛射线的可能性。

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