2025-02-28
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歐洲航天局的科學(xué)家基于我國(guó)“天關(guān)”衛(wèi)星獲得的數(shù)據(jù),在名為“小麥哲倫云”的鄰近星系內(nèi)發(fā)現(xiàn)一組罕見(jiàn)雙星系統(tǒng)。2月19日,這一發(fā)現(xiàn)在《天體物理雜志快報(bào)》上發(fā)表。
該發(fā)現(xiàn)源自“天關(guān)”衛(wèi)星搭載的寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡(WXT,中文名為萬(wàn)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(yuǎn)鏡(FXT,中文名為風(fēng)行天)進(jìn)行定向觀測(cè),獲取源爆發(fā)期間更為詳細(xì)的X射線信息。
這是作為“天關(guān)”衛(wèi)星國(guó)際合作方的歐洲航天局首篇以該衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主導(dǎo)發(fā)表的科學(xué)論文。論文第一作者、西班牙空間科學(xué)研究所博士后Alessio Marino表示:“在目前監(jiān)測(cè)X射線的太空望遠(yuǎn)鏡中,WXT是唯一一個(gè)能夠以足夠的靈敏度看到低能X射線的望遠(yuǎn)鏡,因而捕捉到這個(gè)新的X射線源。”
科學(xué)家認(rèn)為,這一發(fā)現(xiàn)為探索大質(zhì)量恒星的相互作用與演化開(kāi)辟了新途徑,印證了“天關(guān)”衛(wèi)星在捕捉宇宙中轉(zhuǎn)瞬即逝的新型X射線源方面具有獨(dú)特能力。
這組罕見(jiàn)雙星系統(tǒng)由一顆質(zhì)量為太陽(yáng)12倍的大質(zhì)量恒星和一顆質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)挥械厍虼笮〉陌装墙M成,前者也被稱為“Be星”。
得益于“天關(guān)”衛(wèi)星在天體最初爆發(fā)時(shí)便捕捉到了信號(hào),天文學(xué)家得以對(duì)來(lái)自不同儀器的多批次數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
科研人員對(duì)連續(xù)6天獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析后,對(duì)這一雙星系統(tǒng)爆發(fā)的過(guò)程進(jìn)行了描述:兩顆恒星環(huán)繞運(yùn)行,白矮星憑借強(qiáng)大的引力場(chǎng)從其伴星那里不斷拉扯物質(zhì)。隨著越來(lái)越多的物質(zhì)(主要是氫)不斷落在白矮星這個(gè)致密天體上,其強(qiáng)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)生了一道極為明亮的閃光,涵蓋了從可見(jiàn)光到紫外線以及X射線的廣泛波段。
這一發(fā)現(xiàn)令人費(fèi)解,因?yàn)槔碚撋想p星系統(tǒng)中的兩顆恒星通常一起形成,它們的演化過(guò)程可謂“生死相依”。然而,這一組合中雙星的命運(yùn)卻迥然不同。如果是單一恒星,大質(zhì)量的Be星演化很快,壽命只有幾千萬(wàn)年;而作為恒星死亡后的殘骸白矮星,它的前身星在演化成白矮星之前至少會(huì)存在幾十億年。
對(duì)此,科學(xué)家給出了合理的解釋。這對(duì)雙星最初由兩顆大質(zhì)量恒星組成,質(zhì)量分別為太陽(yáng)的6倍和8倍。質(zhì)量較大的恒星先耗盡燃料,膨脹并拋射外層物質(zhì),被剝離外層之后所剩下的恒星核坍縮成白矮星。原來(lái)質(zhì)量較小的恒星,通過(guò)吸積另一顆恒星的物質(zhì)變得越來(lái)越大,最后形成了12倍太陽(yáng)質(zhì)量的Be星。白矮星反過(guò)來(lái)吸積伴星的物質(zhì),延續(xù)著這對(duì)天體之間的相互作用,并產(chǎn)生了“天關(guān)”捕捉到的X射線爆發(fā)。
“這項(xiàng)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(fù)雜物質(zhì)交換的結(jié)果。”歐洲航天局研究員、X射線天文學(xué)家Ashley Chrimes評(píng)論道。
這一新發(fā)現(xiàn),讓“天關(guān)”衛(wèi)星再次展現(xiàn)出其在低能X射線方面“天花板”般的靈敏度,也讓科學(xué)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(guò)程。
2024年5月27日,“天關(guān)”衛(wèi)星搭載的WXT在小麥哲倫云內(nèi)捕捉到一次奇特的X射線輻射事件,并編號(hào)為“EP J0052”。為追溯其信號(hào)來(lái)源,科學(xué)家隨即調(diào)用FXT進(jìn)行定向觀測(cè)。
同時(shí),WXT的發(fā)現(xiàn)觸發(fā)了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的兩臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡Swift和NICER對(duì)該天體進(jìn)行觀測(cè)。歐洲航天局的XMM-牛頓任務(wù)在“天關(guān)”首次觀測(cè)到EP J0052的18天后對(duì)該方向進(jìn)行了后續(xù)觀測(cè),但未能再次探測(cè)到信號(hào),這表明此次耀發(fā)的持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。
“我們?cè)诒O(jiān)測(cè)X射線暫現(xiàn)源時(shí),發(fā)現(xiàn)了小麥哲倫云中這個(gè)新的X射線亮點(diǎn)。我們意識(shí)到,我們正在觀察的是某種不尋常的東西,只有‘天關(guān)’衛(wèi)星的高靈敏度才能夠捕捉到?!边@一新發(fā)現(xiàn)令Marino感到興奮。
最初,科學(xué)家認(rèn)為EP J0052可能是一個(gè)常見(jiàn)的X射線雙星系統(tǒng),由一顆中子星吞噬其大質(zhì)量恒星伴星的物質(zhì)組成。此后,科學(xué)家通過(guò)進(jìn)一步分析不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的X射線變化以及爆發(fā)物質(zhì)中存在的氮、氧和氖等元素,才最終確認(rèn)這對(duì)天體的真實(shí)身份。
“這一發(fā)現(xiàn)充分展示了‘天關(guān)’衛(wèi)星變革性的探測(cè)能力?!睔W洲航天局“天關(guān)”衛(wèi)星項(xiàng)目科學(xué)家Erik Kuulkers指出,“Be星與白矮星這一雙星系統(tǒng)的爆發(fā)最適合用低能X射線進(jìn)行觀測(cè)?!礻P(guān)’的問(wèn)世為我們提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì),讓我們能夠捕捉到這些稍縱即逝的天體源,并檢驗(yàn)我們對(duì)大質(zhì)量恒星演化的理解?!?
“EP J0052的成功探測(cè),正是‘天關(guān)’衛(wèi)星在國(guó)際合作方面獲得成功的體現(xiàn)?!?“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民表示。
“天關(guān)”衛(wèi)星由中國(guó)科學(xué)院主導(dǎo),中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心承擔(dān)衛(wèi)星工程總體,微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、上海技術(shù)物理研究所與國(guó)家天文臺(tái)、高能物理研究所分別負(fù)責(zé)衛(wèi)星平臺(tái)及兩臺(tái)載荷研制,夜視院集團(tuán)負(fù)責(zé)載荷WXT的“龍蝦眼”光學(xué)器件的研制。
歐洲航天局、德國(guó)馬普地外物理研究所和法國(guó)航天局作為合作方參與衛(wèi)星的研制。其中,歐洲航天局于2019年作為合作方正式以“機(jī)遇任務(wù)”的方式加入“天關(guān)”衛(wèi)星項(xiàng)目,使該項(xiàng)目成為中國(guó)主導(dǎo)的國(guó)際合作空間科學(xué)項(xiàng)目,提供了一套FXT聚焦鏡組件,并進(jìn)行部分衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)的接收,還開(kāi)展了實(shí)質(zhì)性的深度技術(shù)和科學(xué)合作。
據(jù)了解,最新發(fā)表的論文研究工作由來(lái)自歐洲航天局的科學(xué)家主導(dǎo)完成,也是歐洲航天局首篇以“天關(guān)”衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主發(fā)表的科學(xué)論文。
“天關(guān)”衛(wèi)星在數(shù)據(jù)共享和科學(xué)管理上也開(kāi)展了深入的國(guó)際合作。目前,一個(gè)高水平的國(guó)際聯(lián)合科學(xué)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)組建成功,300多位成員來(lái)自10多個(gè)國(guó)家,為“天關(guān)”衛(wèi)星的科學(xué)成果產(chǎn)出提供了強(qiáng)大而廣泛的國(guó)際力量。
袁為民指出,“天關(guān)”衛(wèi)星在國(guó)際合作上的成功,不僅提升了中國(guó)在國(guó)際空間科學(xué)領(lǐng)域的影響力,還為全球天文學(xué)研究提供了重要的X射線數(shù)據(jù)支持,有力推動(dòng)了高能時(shí)域天文學(xué)的觀測(cè)與發(fā)展。
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