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标 题[摘录]毫秒波霎的确源自X射线双星
发信站铭传筑梦别境 (Sat Jul 23 21:17:37 2005)
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美国哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithonian Center for Astrophysics
,CfA)Slavko Bogdanov等人,利用钱卓X射线望远镜(Chandra X-ray Observato
-ry),结合光学望远镜观测结果,首度从47 Tuc W系统中,证实毫秒波霎的确源自
X射线双星。
位在杜鹃座(Tucana,Tuc)中的47 Tuc W星是颗相当特别的天体,因为它位在一个
离地球约16000光年的双星系统中,另一颗子星为一般正常的恒星,而47 Tuc W星则
为自转一周仅需2.35毫秒的毫秒波霎。所谓毫秒波霎(milisecond pulsar)是指其
自转一周仅需数毫秒的中子星。换句话说,直径比台北市还小的超级致密星体,在
你稍微眨眼的瞬间,就已经转了25圈以上。(1毫秒=1/1000秒)
毫秒波霎自转速度之谜,关键点就在於它所处的「位置」。从47 Tuc W星来看,它
位在非常拥挤的47 Tucanae球状星团中,星团里的成员彼此相距不到1/10光年;事
实上,这个星团中有超过20颗以上的毫秒波霎,是研究毫秒波霎起源的天文学家的
宝窟,也因此,天文学家有机会发现像47 Tuc W星一样正处於转变期的天体。
47 Tuc W星之所以会被天文学家注意到,是因为它所辐射出的高能X射线比其他毫秒
波霎还多,显示它的X射线起源与其他毫秒波霎不同,天文学家认为这代表另外一颗
正常子星流向波霎的物质,与从波霎发出、以近於光速运动的粒子,彼此相互冲撞之
後而产生所谓的「冲击波(shock wave)」,才会发射出这麽多的高能X射线。经由
钱卓的X射线波段观测,以及欧南天文台(ESO)1.54米Danish望远镜的可见光波段观
测结果,天文学家发现这个恒星的X射线和可见光都有3.2小时的轨道周期变化,符合
上述假设,且其X射线特徵与轨道周期都与X射线双星源J1808非常类似。因此,CfA
的天文学家认为:这证实了X射线双星(X-ray binary)的确就是毫秒波霎的前身。
目前恒星演化理论认为:当一颗大质量恒星发生超新星爆炸而形成中子星时,若它
恰位在拥挤的球状星团中,则中子星绕着星团中心的运动会相当不稳定,随时有机
会与另一颗恒星形成一对双星系统,或近距离经过其他恒星,会甩掉原来的伴星、
另外再换一个「舞伴」。在拥挤的球状星团环境中,中子星会随时间离这颗伴星愈
来愈近,或是在换伴星的过程中形成一个更紧密的双星系统。当伴星的物质开始流
向中子星,便会发出X射线,因而成为一个X射线双星,且因伴星流向中子星的物质
会先环绕中子星而後才逐渐落在中子星的表面,这个物质环绕中子星运行的过程将
使得中子星的自转速度逐渐加快,经过1000万~1亿年之後,中子星自转速度仅约
几毫秒。最後,可能因为中子星自转速度实在太快了,或是伴星因演化之故,伴星
停止输送物质给中子星,中子星的X射线辐射量逐渐降低,这便造就了一颗会发射
无线电波的毫秒波霎。
47 Tuc W的伴星质量仅约1/8太阳质量,天文学家认为这个伴星应该是47 Tuc W的
新舞伴,而不是原本促使47 Tuc W自转速度加快的始作俑者;而当此新舞伴的表面
受到47 Tuc W的强大重力吸引而流向47 Tuc W的过程中,却被47 Tuc W表面发出的
强烈恒星风吹开,形成一傲冲击波,造成X射线辐射量增加。相较之下,X射线双星
J1808并非处在球状星团中,其伴星应就是原本的舞伴,这颗伴星的质量现在已经
减低到只有太阳质量的5%以下。
因已观测到X射线双星系统的的中子星自转速度的确会逐渐加快,且所有电波毫秒
波霎都位在双星系统中,因此绝大部分的天文学家认同上述毫秒波霎的形成理论,
但却因从未发现由X射线双星转变到毫秒波霎之间的关键天体,因此一直无法证实
上述理论的真实性。47 Tuc W的新发现--许多X射线特徵与轨道周期特性皆与X射线
双星J1808类似,终於给了上述理论一个强而有力的证据。
相关论文发表在天文物理期刊(Astrophysical Journal)中。
资料来源:
http://chandra.harvard.edu/photo/2005/47tuc/, 2005.07.19
* 转载自台北天文馆
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