根据NASA钱德拉X射线天文台和美国国家科学基金会卡尔·F·杨斯基超大型阵列(VLA)的观测,一个双星系统一直在两个不同的自我之间转换。研究人员使用了将近15年的钱德拉的数据,发现恒星二人组的行为就像一种物体切换其标识,然后在几年后返回其原始状态。这是一个罕见的恒星系统以这种方式改变其行为的例子。

天文学家在密集的恒星群中发现了这个易变的双星系统,即球状星团Terzan 5,它距离地球约2万光年,位于银河系中。这个被称为Terzan 5 CX1的双星有一颗中子星(超新星爆炸后留下的密度极高的残骸),它围绕着一颗类似太阳的恒星运行,但质量较小。

在这张新的Terzan 5(右)图像中,钱德拉探测到的低、中、高能X射线分别为红色、绿色和蓝色。左边,哈勃太空望远镜拍摄的图像显示了同样的光学视野。Terzan 5 CX1在钱德拉的图像中标记为CX1。

在像Terzan 5 CX1这样的双星系统中,较重的中子星将物质从质量较低的伴星吸引到周围的圆盘中。天文学家可以通过其明亮的X射线光检测出这些所谓的吸积盘,并将这些物体称为“低质量X射线双星”。

圆盘中旋转的物质落到中子星的表面,增加了中子星的旋转速度。中子星的旋转速度会越来越快,直到约10英里宽、比太阳质量还大的球体以每秒数百次的速度旋转。最终,物质的转移速度减慢,剩下的物质被中子星旋转的磁场扫走,变成了毫秒级的脉冲星。在每次旋转过程中,中子星的无线电辐射束扫过地球时,天文学家会检测到来自这些毫秒脉冲星的无线电波脉冲。

虽然科学家们预计低质量的X射线双星完全演化成毫秒脉冲星需要几十亿年的时间,但在一段时间内,系统可以在这两种状态之间快速切换。 钱德拉对Terzan 5 CX1的观测表明,它在2003年表现得像一个低质量的X射线双星,因为它在X射线中比球状星团中其他几十个来源中的任何一个都要亮。这是中子星可能在积累物质的迹象。

从2009年到2014年,钱德拉的数据显示,Terzan 5 CX1在X射线中变得大约弱了10倍。天文学家还在2012年和2014年通过VLA探测到它作为一个射电源。射电和x射线的发射量以及相应的光谱(不同波长的发射量)与预期的毫秒脉冲星相吻合。尽管所用的无线电数据不允许搜索毫秒脉冲,但这些结果表明Terzan 5 CX1经历了转变,使其像毫秒脉冲星一样运转,并向外喷射物质。当钱德拉在2016年再次观测到Terzan 5 CX1时,它在X射线中变得更亮,又变回了低质量的X射线双星。

为了证实这种“双重人格”的行为模式,天文学家需要在Terzan 5 CX1的X射线微弱时检测无线电脉冲。计划进行更多的无线电和X射线观测来寻找这种行为,同时对现有数据中的脉冲进行敏感搜索。关于这些改变身份的系统,目前已知的例子只有三个,第一个是2013年利用钱德拉望远镜和其他几个X射线和射电望远镜发现的。

澳大利亚国际射电天文学研究中心(ICRAR)的阿拉什·巴赫拉米安领导了对“杰基尔和海德”双星的研究,研究结果发表在2018年9月1日的《天体物理学杂志》上。预印本在此提供

最近的另外两项研究使用钱德拉对Terzan 5的观测来研究两个不同的低质量X射线双星中的中子星是如何在伴星将大量物质倾倒在其表面后恢复的。这些研究对于理解中子星外层的结构(称为地壳)非常重要。

在其中一项研究中,低质量X射线双星Swift J174805.3-244637(简称T5 X-3)在2012年钱德拉探测到的X射线爆发中倾倒到中子星上的物质加热了该恒星的地壳。然后中子星的地壳冷却下来,花了大约一百天的时间才恢复到爆发前的温度。冷却速率与该过程的计算机模型一致。

在另一项钱德拉对Terzan 5中另一种低质量x射线双星的研究中,IGR J17480-2446(简称T5 X-2)中子星在被发现发生爆炸5年半后,其温度仍在下降。这些结果表明,这颗中子星的地壳转移或传导热量的能力可能低于天文学家在其他低质量X射线双星中发现的冷却中子星。导热能力的这种差异可能与T5 X-2具有比其他冷却中子星更高的磁场或比T5 X-3年轻得多的磁场有关。

由荷兰阿姆斯特丹大学的纳塔莉·德格纳阿尔领导的关于快速冷却中子星的研究发表在2015年6月的《皇家天文学会月刊》上,并提供预印本。由当时阿姆斯特丹大学的劳拉·奥特斯领导的关于缓慢冷却中子星的研究,发表在2019年7月的《皇家天文学会月刊》上,此处有预印本

NASA的马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉项目。史密森尼天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着剑桥和马萨诸塞州伯灵顿的科学和飞行业务。

更多信息请访问美国宇航局钱德拉X射线天文台

欲了解更多钱德拉图像、多媒体和相关材料,请访问:

http://www.nasa.gov/chandra

来源:https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/cosmic-jekyll-and-hyde.html

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jack

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