X射线联星

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X射线聯星中的巨星-吸积盘示意图

X射线聯星是一类发出明亮X射线辐射的聯星,聯星系统中有一颗为致密星,通常为中子星黑洞。它们的典型光度在1036-1038尔格/秒之间[1],比太阳全波段的光度高3到5个数量级。X射线聯星在靠近银心银盘的方向分布比较集中,在球状星团中也有分布。

X射线聯星的发现[编辑]

1960年代,人们利用火箭和气球确定了大约30个X射线源。1964年薩佩特[2]泽尔多维奇[3]等人提出银河系X射线源是聯星系统中的中子星或者黑洞的吸积过程产生的。最早证认的X射线聯星是半人马座X-3武仙座X-1。20世纪70年代,乌呼鲁卫星观测到了它们具有X射线脉冲,周期分别为4.84秒[4]和1.24秒[5],并且经历数天的周期性变化。X射线脉冲星发现后,提出了密近聯星的模型解释这种现象,脉冲的周期性变化是由于聯星相互掩食而产生的。这种说法已经得到广泛承认。

截至2006年,人们已经在银河系内发现了超过300个X射线聯星。钱德拉X射线天文台还在河外星系中发现了X射线聯星。

X射线聯星的分类[编辑]

根据伴星的质量,X射线聯星大体上可以分为高质量X射线聯星和低质量X射线聯星两类。

低质量X射线聯星[编辑]

低质量X射线聯星的主星是一颗致密星(中子星或黑洞),伴星的质量较低,通常小于1倍太阳质量,轨道周期从数分钟到数百天不等。其X射线辐射是由于伴星充满了洛希瓣,部分物质被主星所吸积所致,这叫做“洛希瓣盛溢”。它们的X射线谱较软,少数有表现为X射线脉冲,多数有X射线暴和准周期震荡现象,并且很少发生交食。低质量X射线聯星的大部分辐射以X射线的形式释放出来,因此在天空中属于较明亮的X射线源,但在可见光波段很暗淡,视星等大约在15到20等。这类聯星截至2006年已经在银河系中发现了大约100颗,其中有13颗位于球状星团中。它们沿银河系核球的方向和球状星团中分布比较集中,而在银盘上则很弥散,属于年龄109年的年老星族

一颗典型的低质量X射线聯星是4U1626-67,其主星为1.4倍太阳质量的X射线脉冲星,伴星为0.1倍太阳质量的矮星,在半径不到太阳半径的轨道上环绕主星运转,轨道周期为42分钟。武仙座X-1也是一颗典型的低质量X射线聯星。

高质量X射线聯星[编辑]

高质量X射线聯星的伴星是一颗致密星,主星为大质量恒星(多数高于10倍太阳质量),光谱型多为O、B型,通常为有明顯氫發射線的B型星超巨星。这类聯星的X射线辐射是由于主星吹出的星风被伴星所俘获,并下落到伴星表面而发出的。高质量X射线聯星在可见光波段的光度通常大于X射线光度,光学光度主要是由主星贡献的,而X射线辐射则主要由伴星(致密星)所贡献。其X射线谱的特点是较硬,时变特性变现为正常的X射线脉冲,多数出现交食,没有X射线暴。它们的空间分布沿银盘方向比较集中,属于年龄小于107年的年轻星族。

半人马座X-3是一颗典型的高质量X射线聯星,它是在1967年发现的[6],1971年里卡尔多·贾科尼等人利用乌呼鲁卫星的观测资料发现它具有规则的脉冲[4]。半人马座X-3的主星是一颗20倍太阳质量的巨星,伴星是一颗X射线脉冲星,周期为4.84秒,环绕主星的轨道周期为2.1天。天鹅座X-1也是一颗高质量X射线聯星,它的伴星通常认为是一个黑洞

高质量X射线聯星又可分为两类:超巨星/X射线聯星和铍星/X射线聯星。超巨星/X射线聯星的显著特点是具有球对称的星风,而铍星/X射线聯星的星风呈盘状,而且会呈现周期性的爆发,通常为暂现源。研究表明,铍星/X射线聯星在小麦哲伦云中占星系总质量的比例远远高于银河系,推测可能与金属量有关。

其它[编辑]

除此之外还发现了介于二者之间的X射线聯星,怀疑应分为中等质量X射线聯星。截至2006年,此类X射线聯星只发现了1颗。激变变星发射X射线的中心天体是白矮星,通常也视为X射线聯星。

截至2006年,已测定40余个X射线聯星的脉冲和轨道周期,发现其周期是由无数个加快、减慢的过程叠加起来的,但从长期来看,总的趋势是自转加快的。铍星/X射线聯星的脉冲/轨道周期具有显著的相关性。此外,X射线聯星还具有无规则行走的性质。

参考文献[编辑]

  1. ^ Bhattacharya, D., van den Heuvel, E.P.J., 1991, Physics Reports, 203, 1. NASA ADS
  2. ^ Salpeter, E.E., 1964, Astrophysical Journal, 140, 796. NASA ADS DOI:10.1086/147973
  3. ^ Zel'Dovich, Ya.B., Novikov, I.D., 1964, Soviet Physics Doklady, 9, 246. NASA ADS
  4. ^ 4.0 4.1 Giacconi, R. et al., 1971, Astrophysical Journal, 167, L67. NASA ADS
  5. ^ Tananbaum, H. et al., 1972, Astrophysical Journal, 174, L143. NASA ADS
  6. ^ Chodil, G. et al., 1967, Physical Review Letters, 19, 681. DOI:10.1103/PhysRevLett.19.681

进一步阅读[编辑]

  • Lewin, W.H.G., van Paradijs, J., and van den Heuvel, E.P.J. eds. 1995, X-ray binaries, Cambridge University Press. ISBN 0-521-59934-2
  • Lewin, W.H.G., van der Klis, M. eds. 2006, Compact stellar X-ray sources, Cambridge University Press. ISBN 0-521-82659-4
  • Schatz, H., Rehm, K.E., 2006, Nuclear Physics A, 777, 601. arXiv:astro-ph/0607624