“死亡”白矮星“复活”：NASA X射线新视角揭示宇宙吞噬狂潮几何结构
美国宇航局（NASA）的成像X射线偏振探测器（IXPE）近日首次对一颗白矮星进行观测，通过测量其发出X射线的偏振特性，成功解析了一套高能双星系统中物质在极端引力与强磁场作用下的运动与分布，为天文学家展示了此前任何望远镜都难以窥见的“宇宙进食几何结构”。 这项研究的主角是距离地球约200光年的EX Hydrae，它所在的长蛇座系统成为首个被IXPE深入解析的白矮星X射线偏振样本。
IXPE在2024年对EX Hydrae进行了近一周的持续观测，科研团队由美国麻省理工学院（MIT）天体物理学家牵头，多所大学和研究机构参与，成果已发表于相关学术期刊。 白矮星是一类“耗尽生命燃料”的恒星残骸，当恒星核心中的氢燃料耗尽且质量不足以触发核心坍缩超新星爆发时，其核心会在引力压缩下变得极为致密，将接近一颗太阳的质量压缩到大致与地球相仿的体积内。
EX Hydrae身处一套双星系统：与其相伴的是一颗仍在正常燃烧的主序星，后者不断向白矮星“泄漏”气体，这些物质在引力牵引下源源不断落向白矮星表面。 物质聚集与落到白矮星表面的过程被称为吸积，具体“落点”与路径则取决于白矮星磁场的强弱与结构。 在EX Hydrae这一系统中，白矮星的磁场不足以将所有流入物质直接导向其磁极，但又强到打乱完全对称的吸积盘结构，使其被归类为所谓的“中间极”类型系统。
在这类系统中，来自伴星的气体一方面在白矮星周围形成高速旋转的吸积盘，另一方面又在磁场引导下被部分输送至白矮星磁极区域。 随着物质持续向内坠落并发生撞击，其温度被加热到数千万度之高，形成高耸的炽热气柱，以极高能量释放出X射线辐射，使这一类目标成为IXPE理想的观测对象。
通过偏振观测数据，科研人员首次在不依赖大量模型假设的情况下，推算出了白矮星吸积柱的几何高度，约为近2000英里（约3200公里），这一尺度远远小于任何望远镜可直接分辨的空间细节。 论文第一作者肖恩·冈德森表示，从IXPE捕获的X射线偏振特征来看，部分高能X射线很可能在白矮星表面发生散射，这种散射痕迹帮助团队重建出吸积柱的空间结构，显示出偏振探测在解析极端天体内部结构方面前所未有的能力。
研究人员指出，此次对EX Hydrae的详细测量，不仅揭示了白矮星吸积结构的高度与形状，还为理解宇宙中其他高能双星系统（尤其是强磁场与强X射线源主导的系统）提供了重要参照。 随着更多目标被纳入IXPE观测计划，天文学界有望在磁场主导吸积过程、极端引力环境下物质的辐射机理等关键问题上获得更加清晰的答案。
IXPE任务由NASA与意大利航天局联合实施，涉及12个国家的科学合作伙伴，由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔航天飞行中心负责任务整体领导。 航天器运行由位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇的BAE系统公司负责，并与科罗拉多大学大气与空间物理实验室协同开展工作，持续为全球科研界提供关于黑洞、中子星、超新星残骸等极端宇宙天体的独特偏振观测数据。
编译自/ScitechDaily
