摇摆的吸积盘！天文学家揭开遥远中子星的X射线之谜

美国宇航局的一幅插图显示了一颗被物质盘包围的中子星。(图片：NASA)

在距离地球不超过16300光年的一个中子星系统中，天文学家在其X射线暴里发现了一种罕见的模式。

这颗名为MAXI J1621−501的恒星系统在2017年10月9日首次被科学家发现，来自Swift/XRT深星系平面调查(Deep Galactic Plane Survey)的数据显示，这个奇异的点会在太空中以不可预测的频率向外爆发X射线。研究人员在一篇新论文中写道，这是一种表明一个双星系统既包含一颗普通恒星，也包含一颗中子星或黑洞的迹象。中子星和黑洞在吸收伴星的物质时都能够产生不可预测的X射线模式，但两者的模式会非常不同。

在黑洞中，X射线来自于加速到极限速度的物质，当它们向黑洞下落时，这些物质会产生巨大的摩擦，因此产生X射线。而在中子星(巨大恒星发生爆炸之后还没有坍缩成奇点的超高密度星体)中，X射线来自它们外壳上的热核爆炸。某些因素导致了这些奇怪恒星的最外层原子发生聚变，释放出通常只能在恒星内部深处(以及威力强大的氢弹核心)发现的巨大能量，而这些能量中的其中一些就以X射线的形式逸出。

当普通恒星的物质撞到这些超小、超重的中子星时，这些热核爆炸会产生非常明亮的蘑菇云，科学家们甚至用X射线望远镜就可以观察到。在 8月13日发布在预印本平台arXiv的一篇文章中，作者表明，MAXI J1621−501的X射线爆发来自这个双星系统中的中子星，而且这些由中子星热核爆炸产生的X射线有着固定的模式，大约每78天重复一次。

科学家们对这种模式的来源并不是很了解。研究人员写道，科学家们只在太空中发现了大约30个会这样闪烁的光源。他们将这种模式称为“超轨道周期”，这是因为这种模式的周期比双星围绕彼此的轨道要长得多，在MAXI J1621 - 501的情况中，双星围绕彼此的轨道只需要3到20个小时。

作者写道，对这个78天周期最，好的解释来自1999年发表在《皇家天文学会月刊》上的一篇论文。作者写道，在像这样的双星系统中，中子星会被旋转的物质云包围，这些物质云从普通恒星上被吸出，并向中子星靠近，形成一个被称为吸积盘的旋转气体盘。

这些吸积盘的一个简单模型表明，它们总是会朝着一个方向旋转——如果你在太空中沿着这颗行星转一圈，侧身凝视着光环的话，你会发现它们看起来就像环绕土星的光环一样。在那个模型中，你永远看不到X射线会有任何变化，因为你总是盯着你和中子星之间的吸积盘上的同一个点。X射线的唯一变化只能来自热核爆炸本身的变化。

但现实情况要更加复杂。作者写道，现实可能发生的情况是，在这个双星系统中，围绕中子星旋转的吸积盘从地球的角度来看似乎正在摇摆不定，就像一个即将停下来的陀螺。有时候，这种摇摆会使中子星与地球之间隔着更多的吸积盘，有时则会更少。我们是看不到吸积盘本身的，但如果这种摇摆确实正在发生、并且导致吸积盘每隔78天就在我们和中子星之间穿过的话，那么这就会产生天文学家所观察到的模式。

研究人员写道，天文学家在2017年发现了MAXI J1621−501之后观察了15个月，发现这种模式重复了6次，不过它并没有完全重复，并且在X射线中还有其他更小的下降。但是，对于太空中的这种奇怪X射线模式，摆动的吸积盘仍然是目前为止最好的解释。