中新網(wǎng)北京2月19日電 (記者 孫自法)中歐合作科學(xué)衛星“天關(guān)”(又稱(chēng)“愛(ài)因斯坦探針”，天關(guān)EP)最新又收獲一項重要天文發(fā)現——其搭載的中歐寬視場(chǎng)X射線(xiàn)望遠鏡(WXT，“萬(wàn)星瞳”)在銀河系鄰近的合作小麥哲倫云星系內，捕捉到來(lái)自一對罕見(jiàn)天體的科學(xué)短暫且高能量的X射線(xiàn)輻射事件，并利用其搭載的衛星后隨X射線(xiàn)望遠鏡(FXT，“風(fēng)行天”)進(jìn)行定向觀(guān)測，捕捉獲取到該輻射源爆發(fā)期間更為詳細的到罕X射線(xiàn)信息。
天關(guān)衛星藝術(shù)想象圖(CREDIT: ESA/CAS)。射線(xiàn)雙星中國科學(xué)院國家天文臺 供圖中國科學(xué)院國家天文臺2月19日向媒體通報說(shuō)，系統“天關(guān)”衛星這一發(fā)現為探索大質(zhì)量恒星的天關(guān)相互作用與演化開(kāi)辟新途徑，印證該衛星在捕捉宇宙中轉瞬即逝的中歐新型X射線(xiàn)源方面具有獨特能力。其相關(guān)研究成果作為歐洲空間局(ESA，合作歐空局)首篇基于“天關(guān)”衛星數據主導的科學(xué)論文，北京時(shí)間2月18日夜間在國際學(xué)術(shù)期刊《天體物理雜志快報》(ApJL)上線(xiàn)發(fā)表。衛星
罕見(jiàn)天體組合“難以捉摸”
這對奇特的捕捉天體組合包含一顆質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)10倍的熾熱大恒星，以及一顆質(zhì)量與太陽(yáng)相當的致密白矮星。目前科學(xué)界僅發(fā)現少數此類(lèi)系統，而此次是科學(xué)家首次能夠全程追蹤這種奇特雙星系統從X射線(xiàn)突然爆發(fā)到逐漸消退的全過(guò)程?！叭f(wàn)星瞳”探測到該奇特天體的X射線(xiàn)輻射后，為追溯這個(gè)編號為EP J0052的新天體的信號來(lái)源，科學(xué)家隨即調用了“天關(guān)”的“風(fēng)行天”進(jìn)行定向觀(guān)測?！叭f(wàn)星瞳”的發(fā)現同時(shí)觸發(fā)美國兩臺相關(guān)X射線(xiàn)望遠鏡對該天體進(jìn)行觀(guān)測；歐空局的XMM-牛頓望遠鏡也在觸發(fā)信號18天后實(shí)施后續觀(guān)測。
“我們在監測X射線(xiàn)暫現源時(shí)，偶然發(fā)現了小麥哲倫云中的這個(gè)新的X射線(xiàn)亮點(diǎn)。我們意識到正在觀(guān)察的是某種不尋常的東西，只有‘天關(guān)’衛星能夠捕捉到?！蔽靼嘌揽臻g科學(xué)研究所博士后歷西奧·馬里諾(Alessio Marino)說(shuō)，這是因為，在目前監測X射線(xiàn)天空的望遠鏡中，“萬(wàn)星瞳”是唯一一個(gè)能夠以足夠的靈敏度看到低能X射線(xiàn)的望遠鏡，從而捕捉到這個(gè)新的X射線(xiàn)源。
最初，科學(xué)家們認為EP J0052可能是一個(gè)常見(jiàn)的X射線(xiàn)雙星系統，由一顆中子星吞噬其大質(zhì)量恒星伴星的物質(zhì)組成。然而，進(jìn)一步的數據分析揭示出一個(gè)不同的真相?？茖W(xué)家們通過(guò)分析不同波長(cháng)范圍內的X射線(xiàn)變化，以及爆發(fā)物質(zhì)中存在的氮、氧和氖等元素，最終確認了這對罕見(jiàn)天體的真實(shí)身份。
得益于“天關(guān)”在天體最初爆發(fā)時(shí)便成功捕捉到信號，科學(xué)家們得以對來(lái)自不同儀器的多批次數據進(jìn)行分析。他們通過(guò)研究6天內光在一系列X射線(xiàn)波長(cháng)上的變化，并識別出爆發(fā)物質(zhì)中存在的元素，例如氮、氧和氖，其分析結果為研究提供了關(guān)鍵線(xiàn)索。
“我們很快意識到，這是一個(gè)極為罕見(jiàn)和珍貴的發(fā)現，是一對非常難以捉摸的天體?！睔v西奧·馬里諾解釋說(shuō)，這對罕見(jiàn)的天體由一顆被稱(chēng)之為Be星的大質(zhì)量恒星和一顆被稱(chēng)為白矮星的恒星“遺骸”組成，Be星的質(zhì)量是太陽(yáng)的12倍，而白矮星則是一個(gè)緊湊且超高密度的天體，其質(zhì)量與太陽(yáng)相當。
這兩顆恒星緊密地相互環(huán)繞運行，白矮星憑借其強大的引力場(chǎng)從其伴星那里不斷拉扯物質(zhì)。隨著(zhù)越來(lái)越多的物質(zhì)(主要是氫)不斷落在白矮星這個(gè)緊湊的天體上，其強大的引力將這些物質(zhì)不斷壓縮，直至引發(fā)一場(chǎng)失控的核爆炸。這一過(guò)程產(chǎn)生一道極為明亮的閃光，其波長(cháng)范圍涵蓋了從可見(jiàn)光到紫外線(xiàn)以及X射線(xiàn)的廣泛區域。
揭開(kāi)雙星故事“費解謎題”
不過(guò)，“天關(guān)”衛星最新這一發(fā)現也令人費解：Be型大質(zhì)量恒星通常會(huì )迅速耗盡其核燃料儲備，其生命歷程短暫而激烈，大約僅持續2000萬(wàn)年。而它的伴星通常是類(lèi)似太陽(yáng)的恒星的坍縮遺跡，如果單獨存在，其壽命可達數十億年。
由于雙星系統中的恒星通常一起形成，那么為何壽命本應短暫的恒星仍然光芒四射，而壽命本應更長(cháng)的恒星卻已經(jīng)死亡了呢？
科學(xué)家們?yōu)榇伺μ剿饕詫で笠粋€(gè)合理的解釋。他們認為，這對雙星最初是一對匹配度較高的雙星系統，由兩顆質(zhì)量較大的恒星組成，其質(zhì)量分別約為太陽(yáng)的6倍和8倍。質(zhì)量更大的恒星更早耗盡了其核燃料并開(kāi)始膨脹，向其伴星拋射物質(zhì)。最初，其膨脹的外層氣體被伴星吸引；隨后，其剩余的外層殼層被拋射出去，形成了一個(gè)包裹著(zhù)兩顆恒星的包層。這個(gè)包層后來(lái)演化為一個(gè)盤(pán)狀結構，并最終消散。
在這場(chǎng)戲劇性的演化過(guò)程結束后，伴星的質(zhì)量增長(cháng)至太陽(yáng)的12倍(也就是Be星)，而另一顆恒星的核心則坍縮為一顆質(zhì)量略超太陽(yáng)的白矮星。如今，白矮星開(kāi)始從Be星的外層吸取并吞噬物質(zhì)。
“這項研究為我們揭示了恒星演化中一個(gè)極為罕見(jiàn)的階段，這是兩顆恒星之間復雜物質(zhì)交換的結果?！睔W空局的研究員兼X射線(xiàn)天文學(xué)家阿什利·克瑞姆斯(Ashley Chrimes)評論道，“觀(guān)察到一對相互作用的大質(zhì)量恒星能夠產(chǎn)生如此引人入勝的結果，令人著(zhù)迷?！?/p>
歐空局的XMM-牛頓任務(wù)在“天關(guān)”首次觀(guān)測到EP J0052的18天后對該方向進(jìn)行后續觀(guān)測，但未能再次探測到信號。這表明此次耀發(fā)的持續時(shí)間相對較短。
此次短暫爆發(fā)的持續時(shí)間，以及氖和氧的存在，暗示雙星中白矮星的質(zhì)量相當大，可能比太陽(yáng)重約20%。其質(zhì)量接近所謂的錢(qián)德拉塞卡極限，一旦超過(guò)這一極限，恒星將繼續坍縮，最終可能變成一顆更為致密的中子星，或者作為超新星爆發(fā)。
“天關(guān)”國際合作意義深遠
“天關(guān)”衛星由中國科學(xué)院主導，歐空局、德國馬普地外物理研究所和法國航天局以國際合作形式參與衛星研制。此外，“天關(guān)”衛星在數據共享和科學(xué)管理上，組建一支300多人的國際聯(lián)合科學(xué)團隊，成員來(lái)自10多個(gè)國家的300余位科學(xué)家，為“天關(guān)”的科學(xué)成果產(chǎn)出提供極為強大和廣泛的國際力量。
近年來(lái)，中國在空間科學(xué)領(lǐng)域取得顯著(zhù)進(jìn)展，但在國際合作方面仍面臨諸多挑戰。在這樣的國際背景下，“天關(guān)”衛星的成功國際合作顯得尤為不易和珍貴。
“天關(guān)”衛星捕捉到一個(gè)奇特的雙星系統發(fā)出的X射線(xiàn)閃，該系統由一顆比太陽(yáng)大10倍以上的熾熱大恒星和一顆質(zhì)量與太陽(yáng)相當的小型白矮星組成(CREDIT:ESA; LICENCE)。中國科學(xué)院國家天文臺 供圖“天關(guān)”衛星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺袁為民研究員表示，EP J0052新天體的成功探測，也是“天關(guān)”衛星成功國際合作的體現。
“Be星與白矮星雙星系統的爆發(fā)極為罕見(jiàn)，因為它們最適合用低能X射線(xiàn)進(jìn)行觀(guān)測?！礻P(guān)’的問(wèn)世為我們提供了獨特的機會(huì )，讓我們能夠捕捉到這些稍縱即逝的天體源，并檢驗我們對大質(zhì)量恒星演化的理解?！睔W空局“天關(guān)”衛星項目科學(xué)家埃里克·庫爾克斯(Erik Kuulkers)指出，這一發(fā)現充分展示出“天關(guān)”衛星變革性的探測能力。
袁為民強調，“天關(guān)”衛星的國際合作具有深遠意義：一是顯著(zhù)提升中國在國際空間科學(xué)時(shí)域天文領(lǐng)域的影響力和話(huà)語(yǔ)權，展現中國在空間科學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)放與合作姿態(tài)；二是國際合作促進(jìn)技術(shù)和科學(xué)的交流與創(chuàng )新，推動(dòng)中國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展；三是通過(guò)數據共享和協(xié)同觀(guān)測，“天關(guān)”衛星還為全球天文學(xué)研究提供重要的X射線(xiàn)數據支持，有力推動(dòng)高能時(shí)域天文學(xué)的觀(guān)測與研究發(fā)展。(完)