吸积中子星的自旋变化率与吸积光度关系

之前的一篇报道中提到了2014年新发现的极亮X射线脉冲星的成因是一个未解谜题：为什么吸积中子星能发出高达千万倍（107）太阳的光度？通过研究银河系内第一颗极亮X射线脉冲星（Swift J0243），北京天文馆研究人员及合作者发现其辐射特征符合极强磁场下的吸积柱辐射，其磁场可以高达1.5x1013高斯，表明极亮X射线脉冲星很可能是极高磁场的吸积中子星。这里继续报道他们对小麦哲伦云（SMC）里面的两颗极亮X射线脉冲星的研究进展。

小麦哲伦云是银河系的一个卫星星系，其质量只有银河系的百分之二，不过，令人奇怪的是，小麦哲伦云里面的大质量X射线双星的数目和银河系的数目相当！天文学家发现大小两个麦哲伦云之间存在一个连接它们的“桥”，表明在过去一亿年左右它们曾经发生相互作用，引发了小麦哲伦云形成新的恒星，导致了更多X射线双星的出现。科研人员将研究目标指向了小麦哲伦云的SMC X-3和RX J0209.6-7427。这两个源分别在2016年和2019年发生过巨暴发，是Swift J0243之外的理想目标。

小麦哲伦云的两个源和Swift J0243一样，都属于Be型X射线双星，其中Be型指的是中子星的光学伴星的类型。B型星的质量范围约为太阳的3-15倍，而字母e则表示其光谱有发射线。我们知道一般恒星的光谱由于恒星大气的吸收，都表现为吸收线，而Be型星的光谱表现为发射线。这是由于这类恒星旋转的太快，接近于使其解体的速度，使得Be型恒星赤道附近的一些物质会被甩离恒星，暂时形成一个绕星转的盘，观测到的发射线就来自这个外甩的盘结构。如果有中子星绕着Be型星运转（一般为椭圆轨道），当中子星到达近星点的时候就可能产生暴发。这类暴发被称为I型暴发，其最大光度并不高。偶尔Be型X射线双星也会产生巨暴发。巨暴发并不一定发生在中子星的近星点，其光度可达1038 erg/s （太阳光度为4x1033 erg/s）。

上述三个源的巨暴发都达到了1039 erg/s，而SMC X-3更是达到了2x1039 erg/s！SMC距离我们约为60kpc，而Swift J0243距离我们不到6kpc，这使得SMC的源看起来要暗弱100倍。尽管如此，研究人员发现SMC X-3和RX J0209.6-7427的巨暴发与Swift J0243类似，均表现出高光度时转变为柱吸积的特征。特别是SMC X-3的转变时的光度比Swift J0243的高2.5倍，这意味着SMC X-3的磁场也相应的要高，达到4x1013高斯！RX J0209的磁场约为2x1013高斯。这些结果再次表明极亮X射线脉冲星很可能是极高磁场的吸积中子星！

让人奇怪的是，尽管Swift J0243的磁场在这三个源中最小，研究人员发现它的自旋的加速率却最快！理论上来说，磁场越大，中子星的磁球半径越大，相应的自旋加速应该更快。观测的结果与理论相反！研究人员认为这有两种可能。一种是吸积柱辐射限制的磁场是中子星表面的磁场，而自旋加速限制的是中子星磁球处的磁场（磁球尺度约为百倍的中子星尺度），这两个值不一定一样。磁球处的磁场反应了磁场的偶极分量，而中子星表面的磁场可能是多极成分主导。另一种情况是更强的磁场可能施加了一个更大的自旋减速力矩。实际情形尚待研究。

详见：https://doi.org/10.1093/mnras/stac2746

(刘纪认)