为什么神秘天体天鹅座X-3如此明亮？天文学家现在可能有了答案

发射 X 射线的双星系统天鹅座 X-3 的特征是一颗大质量恒星向一个致密天体（可能是黑洞）提供物质。这或许可以解释它令人困惑的亮度。

一个包含一颗大质量恒星和一个可能是黑洞的双星系统，它们共同构成了强烈的 X 射线源，已被证明是宇宙中一些最亮类星体的较小规模的例子。

这项新发现来自一个使用 NASA 成像 X 射线偏振探测器航天器 (IXPE) 的国际团队，描述了位于我们银河系中约 24,000 光年之外的 X 射线双星系统如何在一个围绕可能的黑洞的漏斗形空腔。

该系统名为 Cygnus X-3，于 20 世纪 70 年代初被发现，当时射电望远镜发现其以接近光速的速度向外辐射出强大的喷流。这些喷气式飞机的无线电发射会持续几天，然后关闭，然后又重新打开。

当时，喷气式飞机的起源很神秘。该系统被描述为一个“天文谜题”，但我们甚至无法在可见光下看到天鹅座 X-3，这一事实也无济于事。它被我们银河系平面上厚厚的尘埃挡住了。 20 世纪 70 年代，世界各地天文台的射电天文学家通过电话进行协调，试图捕捉天鹅座 X-3 的开启或关闭行为。

相关：“早期宇宙与我们预期的完全不同”：詹姆斯·韦伯望远镜揭示了对宇宙黎明时星系如何形成的“新认识”

多年来，通过对射电、红外线和 X 射线波长的进一步观测，天文学家发现天鹅座 X-3 是一个 X 射线双星系统，涉及大质量恒星和围绕共同中心运行的致密天体之间的物质转移重力。这个致密天体要么是中子星，要么更有可能是质量大约是太阳质量五倍的黑洞。这颗大质量恒星是沃尔夫-拉叶星——超巨星经历的一个罕见阶段，其中它们辐射出强大的星风，开始将其外层的大块提升到太空中。沃尔夫-拉叶星随风吹出的物质正在为围绕致密天体旋转的吸积盘提供能量。

然而，天鹅座 X-3 的亮度令人难以置信。物质在像黑洞这样的致密物体上的流动是由一种称为爱丁顿极限的特性控制的。如果吸积速率足够高，吸积盘就会陷入僵局——物质最终会倒退，吸积盘变得致密且温度很高，以至于涌出的辐射量会阻碍新鲜物质的流入。通过这种方式，黑洞可以调节自身的生长，并且一些物质会在射电喷流中被吐出。

然而，一些最明亮的类星体（中心具有极其活跃的超大质量黑洞的星系）似乎突破了爱丁顿极限，因为它们的光度极高，但它们似乎仍在吸积物质。 Cygnus X-3 似乎属于这一类，尽管规模较小。

现在，芬兰图尔库大学的 Alexandra Veledina 领导的团队已经使用 IXPE 测量了来自 Cygnus X-3 的 X 射线的偏振程度。他们发现，偏振量足够高，只能用吸积盘中心漏斗形空腔内部散射的 X 射线来解释。

维莱迪纳在一份声明中说：“我们发现这个致密物体被一层致密、不透明的物质包围着。” “我们观察到的光是周围气体形成的内漏斗壁的反射，就像一个内部有镜子的杯子。”

由漏斗形空腔抬高的不透明外壳是类星体的典型特征，被描述为“ULX”——超发光 X 射线源。由于 X 射线从漏斗腔内部散射而产生的放大规模也类似于 ULX。

图尔库大学的研究小组成员 Juri Poutanen 表示：“ULX 通常在遥远星系的图像中被观察为发光点，其发射被致密天体周围漏斗的聚焦效应放大，其作用类似于扩音器。” “然而，由于距这些源的距离很远……它们在 X 射线望远镜中显得相对微弱。”

因此，了解类星体中的 ULX 已被证明是困难的，但天文学家现在可以使用距离更近的天鹅座 X-3 作为模型来更好地了解那些遥远的 ULX。

普塔宁说：“我们的发现现在揭示了我们银河系中这些遥远 ULX 的明亮对应物。”

天鹅座 X-3 的爆发是间歇性的，这要归功于沃尔夫-拉叶星围绕致密天体的椭圆轨道，这意味着有时它会更近，更多的物质会随风落到可能的黑洞上。 IXPE 能够看到，当 Cygnus X-3 处于 ULX 相时（当落入物质的量最大时），极化程度达到 24.9%，但当系统不太活跃时，极化程度会降至 10.4% 。这表明漏斗的结构会随着吸积量的增加或减少而发生变化。维莱迪纳的团队预测，如果吸积率下降得太低，漏斗可能会完全崩溃，只有当吸积再次增加时才会自行重建。

该团队现在正计划进行进一步的观测，试图捕捉到这种塌缩的发生，这将通过偏振下降到几乎为零来表示，这表明X射线发射是直接来自吸积盘表面的热气体，而不是间接来自吸积盘表面的热气体。通过漏斗内的散射。

研究结果发表在 6 月 21 日的《自然天文学》杂志上。

最初发布于Space.com。