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天文新知

新發現有趣的X射線三星系統

美國哈佛史密松恩天文物理中心(Center for Astrophysics of Harvard & Smithsonian, CfA)天文學家Rosanne Di Stefano等人表示:他們發現一個奇特的三星系統(triple-star system),恆星之間的質量轉移(mass transfer)與一般的雙星系統(binary star system)不同,而是得先看接受質量的恆星本身的特性而定。這個發現讓天文學家得重新檢視多顆恆星組成的聚星系統(multiple star system)的質量轉移過程,以及對聚星系統裡各子星演化的影響。

天文學家模擬三星系統間的質量轉移隨時間變化。Credit: Sophie Schroeder, Niels Bohr Institute, and Morgan Macleod, Institute for Theory and Computation at CfA.
圖說:天文學家模擬三星系統間的質量轉移隨時間變化。點此可看動態影片。Credit: Sophie Schroeder, Niels Bohr Institute, and Morgan Macleod, Institute for Theory and Computation at CfA。

天文學家已知質量從一顆恆星轉移到另一顆恆星是個最重要的天文過程之一,因為它可能導致發大量能量釋放,從Ia型超新星爆炸到黑洞合併均在其內。質量轉移過程中的「餽贈者」形狀會變成淚滴狀,質量充滿它的洛希瓣(Roche Lobe)後,物質直接從淚滴尖端的微小區域轉移給「受贈者」,這個微小區域即是所謂的L1拉格朗日點(L1 point,Lagrangian point),是兩星之間的重力平衡點。而洛希瓣和L1點位置能讓天文學家精確計算出雙星系統重力和和自轉影響物質流後的物質轉移狀況。

但以上僅限於2顆星組成的雙星系統,三星系統就複雜多了。然而從天文觀測角度來看,三星系統比雙星系統更常見,甚至幾乎已知的高質量恆星大都屬於三星系統。Di Stefano等人觀測的這個三星系統,三星中其中最外側是一顆已演化至物質充滿洛希瓣的普通恆星,內側則是兩顆比較靠近的緊密雙星,兩子星可能是中子星或黑洞。外側恆星和內側雙星之間的L1點不單是一個微小區域,而是在一個3D球面上變動,且洛希瓣的形狀則隨三星相互公轉而周期性地脈動。這也意味著餽贈星雖然並未隨著雙星而動,但它的物質還是周期性地被另一對雙星拉走,動態影片中看起來像是在捲棉線,或是一組優雅的舞蹈一樣。

後續觀測顯示這個周期脈動居然也會增加物質流的轉移速度,讓許多觀測者覺得相當意外。如果內側雙星真的是由中子星或黑洞這類恆星殘骸組成,那麼物質流轉移速率快,意味著這些系統將會是銀河系眾星裡最亮的X射線源之一。所以X射線天文學家應該能鑑別出哪些是有質量轉移的三星系統。但真正讓天文學家興奮的是能辨認出X射線三星系統的能力,將可讓某些先前認為是X射線雙星的系統,其實應該歸屬於另一種新型態的恆星系統:外側恆星物質轉移給內側雙星的X射線三星系統。天文學家又新增了一個研究領域。(編譯/張桂蘭)
 
資料來源:Center for Astrophysics of Harvard & Smithsonian (CfA)

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