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X射线双星

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  X射线脉冲星中由一颗寻常的恒星和一颗发射X射线的子星组成的食双星。发射X射线的子星的性质,可以通过X射线的脉动周期和估计质量来推测,目前大多数学者都认为 X射线子星是中子星黑洞一类的致密星。根据卫星的观测结果和一系列的证认工作,已经确认为双星的 X射线源有:小麦哲伦云X-1、天鹅座X-1、半人马座X-3、4U0900-40、4U1700-37、武仙座X-1、天蝎座 X-1、天鹅座X-3和圆规座X-1等。其中最引人注目的是武仙座X-1和天鹅座X-1。武仙座X-1发射的X射线,具有1.24秒的非常规则的脉冲周期。这种规则的脉冲不可能来自等离子体的电磁振荡,或流体力学振荡等不稳定机制;而且这种非常短的周期也不可能来自白矮星的振荡或转动。通常认为武仙座X-1是一颗中子星,它的X射线稳定周期脉冲是它的自转周期造成的。研究武仙座 X-1可以获得很多关于中子星的知识。例如,根据它的X射线发射线,我们已经确定中子星表面的磁场量级为1010~1014高斯。天鹅座X-1没有食周期,也没有规则的脉冲结构,但是,它有不规则的时标更短的脉动涨落。脉动时标在几毫秒至10秒的范围内,呈短噪声特征。根据光谱型估计光学恒星的质量,可以推得天鹅座X-1的质量应大于5.5个太阳质量,这已经超出稳定中子星的最大临界质量(约 2个太阳质量)。因此,目前认为天鹅座 X-1可能是黑洞。
  在X射线双星系统中,通常认为X射线是由光学恒星快速流出的物质被吸积到致密 X射线子星上而引起的。致密星表面引力场很强,落向致密星的物质可以获得很大的能量。这部分能量就可以转变为 X射线波段的辐射能量。光学恒星(主星)提供物质的方式大致有三种:①若主星是一个充满洛希瓣(见临界等位面)的红巨星超巨星,则物质可以通过第一拉格朗日点(见平面圆型限制性三体问题)流到致密星上;②若主星的体积比洛希瓣小得多,则物质的输运可依靠星风驱动。当星风由主星向外吹时,一部分被致密星捕获,最后流到致密星表面上;③若主星上存在一些向外喷射物质的活动斑点,那么当它喷射的物质流扫过致密星时,就可被致密星所吸积。这种输运方式不要求主星充满洛希瓣,也不要求它相对致密星有较大的质量比。主星提供物质的方式不同,对于吸积过程有一定影响。但是,由于吸积物质的能量释放都是在致密星附近进行的,所以X射线发射的主要特征与主星提供物质的方式关系并不太大,可以作为一个孤立的致密星的吸积问题来讨论。在致密星附近,稳定吸积运动与致密星的磁场和下落物质的特性有关。吸积物质在具有较大角动量的情况下就形成一个吸积盘。吸积盘内的物质沿螺旋轨道向内运动,逐步旋至致密星表面。这时吸积物质由于本身的作用,会释放出引力能,引力能变成X射线从吸积盘表面辐射出来。释放的总能量和辐射能谱同物质从外边界上流到盘内的吸积率有关。具有强磁场的致密星(如中子星)附近的吸积运动要受到磁场的控制。如果致密星自转不很迅速,则吸积可以稳定进行。这时,下落的物质将沿着吸积漏斗内的磁力线落到磁极区,并获得0.2~0.3mec2me为电子静止质量;c为光速)的动能。它与致密星表面相撞,形成热斑,使很大一部分能量转变为X射线辐射。这时,如果致密星的转轴与磁轴并不重合,那么由它表面发射的X射线,可以具有规则的脉冲周期,武仙座X-1就属于这种情况。某些密近双星演化成 X射线双星的时标和进程如图下的说明。

 

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