天文学家首次直接观测到一颗巨星的星风被其致密伴星捕获,而这颗伴星随后利用这些“赃物”驱动了强烈的X射线耀发。这项研究是NASA持续努力理解宇宙运作方式(顺便提醒我们自己的烦恼有多渺小)的一部分,使用了日本主导的XRISM(X射线成像与光谱任务)天文台的数据。

“我们以前从未见过星风等离子体落到致密天体上的明确迹象,”UMBC(马里兰大学巴尔的摩县分校)和位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的研究员罗伊·拉欣说。“我们现在可以更详细地检验我们对这些过程的理解。”这些发现于周五发表在《科学进展》杂志上。

所讨论的系统是BP十字座,一个位于南天十字座方向约13,000光年外的高质量X射线双星。主星Wray 977是一颗蓝色超巨星,质量约为太阳的40倍,大小约为太阳的60倍。它如此巨大、炽热和明亮,以至于电离气体不断从其表面流出——天文学家称之为星风,因为“巨型太空屁”没能通过同行评审。

伴星是一颗小而强大的中子星,名为GX 301-2。它是一颗很久以前作为超新星爆炸的恒星的坍缩核心,将超过太阳的质量压缩在一个直径约12英里(20公里)的球体内。它每11分钟旋转一次,将一束X射线扫向地球,这使它成为一颗脉冲星——宇宙中最拼命的灯塔。

在脉冲星41.5天的轨道中,有两次——分别靠近离主星最近和最远的点——会出现持续数天的强烈X射线耀发。天文学家认为,脉冲星对主星的引力影响创造了一股特别密集的等离子体流。当脉冲星穿过这股流并捕获其中一些物质时,就会发生耀发。最强烈的爆发发生在离主星较近的地方,那里的流更密集。

研究人员于2025年2月1日使用XRISM对准该系统,在其中一个较强耀发接近结束时观测了约16小时。该天文台的Resolve仪器由NASA和JAXA(日本宇宙航空研究开发机构)联合开发,捕获了高度详细的X射线光谱,揭示了快速变化的发射线和吸收线。特别是来自高度电离铁的吸收线,揭示了相对靠近脉冲星的等离子体的速度和方向。

当拉欣第一次看到这些光谱时,他意识到自己从未见过类似的东西。他翻遍科学文献寻找类似的观测结果,却一无所获——这种感觉任何试图找个靠谱水管工的人都熟悉。

“很明显,这些观测是开创性的,但与此同时,这也意味着分析必须特别详细,”纳兹玛·伊斯兰说,她曾是UMBC和NASA戈达德的合著者,现在是印度马尼帕尔自然科学中心的助理教授。“我们可以看到密集的等离子体流在中子星附近是如何表现的。”

拉欣和他的团队表明,他们观测到的铁吸收线比在实验室中测量到的位置偏移到了更低的能量。这种位移称为红移,表明气体在远离观测者运动,这意味着气体正流向脉冲星。红移的程度表明了等离子体的速度。团队的分析表明,气体正以约335,000英里/小时(540,000公里/小时)的速度冲向脉冲星——大约是子弹速度的100倍,或者说是周一早上通勤的速度。

以下是研究人员认为正在发生的事情:当脉冲星进入流中时,它将气体扫成一个厚实、混乱、湍流的盘。这些气体螺旋下降到脉冲星,加热并发射X射线来驱动耀发。当脉冲星进一步推入流中时,湍流盘崩溃。天文学家怀疑,当脉冲星更直接地进入流中时,流不再具有