歐洲航天局的科學家基于我國“天關”衛(wèi)星獲得的數(shù)據(jù)，在名為“小麥哲倫云”（SMC）的鄰近星系內發(fā)現(xiàn)一組罕見雙星系統(tǒng)。北京時間2月19日，這一發(fā)現(xiàn)在《天體物理雜志快報》上發(fā)布。
這一發(fā)現(xiàn)源自“天關”衛(wèi)星搭載的寬視場X射線望遠鏡（WXT，中文名為萬星瞳）捕捉到的短暫且高能量的X射線輻射事件，并利用其搭載的后隨X射線望遠鏡（FXT，中文名為風行天）進行定向觀測，獲取到源爆發(fā)期間更為詳細的X射線信息。
這是作為“天關”衛(wèi)星國際合作方的歐洲航天局首篇基于該衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主導發(fā)表的科學論文。論文第一作者、西班牙空間科學研究所博士后歷西奧·馬里諾（Alessio Marino）表示：“在目前監(jiān)測X射線天空的望遠鏡中，WXT是唯一一個能夠以足夠的靈敏度看到低能X射線的望遠鏡，從而捕捉到這個新的X射線源。”
科學家認為，這一發(fā)現(xiàn)為探索大質量恒星的相互作用與演化開辟了新途徑，印證了該衛(wèi)星在捕捉宇宙中轉瞬即逝的新型X射線源方面具有獨特能力。
Be星+白矮星，命運迥異的罕見組合
該天體組合由一顆質量為太陽12倍的大質量恒星和一顆質量與太陽相當、但只有地球大小的白矮星組成，前者也被稱為“Be星”。
得益于“天關”在天體最初爆發(fā)時便捕捉到了信號，天文學家得以對來自不同儀器的多批次數(shù)據(jù)進行分析。
科研人員對連續(xù)6天獲取的數(shù)據(jù)進行深入分析后，對這一過程進行了描述：兩顆恒星環(huán)繞運行，白矮星憑借其強大的引力場從其伴星那里不斷拉扯物質。隨著越來越多的物質（主要是氫）不斷落在白矮星這個致密的天體上，其強大的引力將這些物質不斷壓縮，直至引發(fā)一場失控的“核爆炸”。這一過程產(chǎn)生一道極為明亮的閃光，涵蓋了從可見光到紫外線以及X射線的廣泛波段。
這一發(fā)現(xiàn)令人費解，因為理論上雙星系統(tǒng)中的兩顆恒星通常一起形成，它們的演化過程可謂“生死相依”。然而，這一組合中雙星的命運卻迥然不同。如果是單一恒星，大質量的Be星演化很快，壽命只有幾千萬年；而作為恒星死亡之后的殘骸的白矮星，它的前身星在演化成白矮星之前至少會存在幾十億年。
對此，科學家提出了合理的解釋。這對雙星最初由兩顆大質量恒星組成，質量分別為太陽的6倍和8倍。質量較大的恒星先耗盡燃料，膨脹并拋射外層物質，被剝離外層之后所剩下的恒星核坍縮成了白矮星。原來質量較小的恒星，通過吸積另一顆恒星的物質變得越來越大，最后形成了12 太陽質量的Be星。白矮星反過來吸積伴星的物質，延續(xù)著這對天體之間的相互作用，并產(chǎn)生了天關捕捉到的X 射線爆發(fā)。
“這項研究為我們揭示了恒星演化中一個極為罕見的階段，這是兩顆恒星之間復雜物質交換的結果。”歐洲航天局研究員、X射線天文學家Ashley Chrimes評論道。
“只有‘天關’能捕捉”
在這一新發(fā)現(xiàn)中，“天關”衛(wèi)星再次展現(xiàn)出其在低能X射線方面靈敏度的“天花板”，讓科學家得以首次追蹤這種奇特雙星系統(tǒng)從X射線突然爆發(fā)到逐漸消退的全過程。
2024年5月27日，“天關”衛(wèi)星搭載的WXT在小麥哲倫云（SMC）內捕捉到一次奇特的X射線輻射事件，并編號為“EP J0052”。為追溯其信號來源，科學家隨即調用FXT進行定向觀測。
同時，WXT的發(fā)現(xiàn)也觸發(fā)了美國宇航局（NASA）的兩臺X射線望遠鏡“雨燕”（Swift）和NICER望遠鏡對該天體進行觀測。歐洲航天局的XMM-牛頓任務在“天關”首次觀測到EP J0052的18天后對該方向進行了后續(xù)觀測，但未能再次探測到信號，這表明此次耀發(fā)的持續(xù)時間相對較短。
“我們在監(jiān)測X射線暫現(xiàn)源時，發(fā)現(xiàn)了小麥哲倫云中的這個新的X射線亮點。我們意識到，我們正在觀察的是某種不尋常的東西，只有‘天關’衛(wèi)星的高靈敏度才能夠捕捉到。”對于這一新發(fā)現(xiàn)，歷西奧·馬里諾感到興奮。
最初，科學家們認為EP J0052可能是一個常見的X射線雙星系統(tǒng)，由一顆中子星吞噬其大質量恒星伴星的物質組成。此后，科學家們通過進一步分析不同波長范圍內的X射線變化以及爆發(fā)物質中存在的氮、氧和氖等元素，才最終確認了這對天體的真實身份。
“這一發(fā)現(xiàn)充分展示了‘天關’衛(wèi)星變革性的探測能力。”歐洲航天局“天關”衛(wèi)星項目科學家Erik Kuulkers也指出：“Be星與白矮星雙星系統(tǒng)的爆發(fā)最適合用低能X射線進行觀測。‘天關’的問世為我們提供了獨特的機會，讓我們能夠捕捉到這些稍縱即逝的天體源，并檢驗我們對大質量恒星演化的理解。”
歐洲航天局，首篇
“EP J0052的成功探測，正是‘天關’衛(wèi)星在國際合作方面獲得成功的體現(xiàn)。” “天關”衛(wèi)星首席科學家、中國科學院國家天文臺研究員袁為民表示。
“天關”衛(wèi)星由中國科學院主導，中國科學院國家空間科學中心承擔衛(wèi)星工程總體，微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、上海技術物理研究所與國家天文臺、高能物理研究所分別負責衛(wèi)星平臺及兩臺載荷研制，夜視院集團負責載荷WXT的龍蝦眼光學器件的研制。
歐洲航天局、德國馬普地外物理研究所（MPE）和法國航天局（CNES）作為合作方參與衛(wèi)星的研制。其中，歐洲航天局于2019年作為合作方正式以“機遇任務”的方式加入“天關”衛(wèi)星項目，使該項目成為中國主導的國際合作空間科學項目，提供了一套FXT的聚焦鏡組件、部分衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)的接收及其他實質性的深度技術和科學合作。
據(jù)了解，最新發(fā)表的論文研究工作由來自歐洲航天局的科學家主導完成，也是歐洲航天局首篇基于“天關”衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主發(fā)表的科學論文。
“天關”衛(wèi)星在數(shù)據(jù)共享和科學管理上也開展了深入的國際合作。目前，一支高水平的國際聯(lián)合科學團隊已經(jīng)組建，300多位成員來自10多個國家，為“天關”的科學成果產(chǎn)出提供了強大而廣泛的國際力量。
袁為民指出，“天關”衛(wèi)星的成功國際合作不僅提升了中國在國際空間科學領域的影響力，還為全球天文學研究提供了重要的X射線數(shù)據(jù)支持，將有力推動了高能時域天文學的觀測與研究發(fā)展。
天關衛(wèi)星藝術想象圖。歐洲航天局、國家天文臺供圖
相關論文信息：http://doi.org/10.3847/2041-8213/ad9580
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