这幅艺术想象图展示了大质量恒星仙后座γ及其致密的小伴星白矮星。版权所有：欧洲航天局Y.纳泽
天文学家终于确定了明亮恒星伽马卡斯附近异常X射线的来源，解开了长达数十年的谜团。
天文学家终于解开了一项困扰学界数十年的谜题——明亮恒星伽马仙后座（gammaCas）异常X射线的来源。研究发现，这颗恒星拥有一颗不可见的伴星，正从可见恒星吸积物质，并在此过程中产生强烈的高能辐射。这一发现为持续五十多年的研究难题画上了句号。
利用来自X射线成像与光谱任务（XRISM）的高分辨率数据，科学家将X射线信号与一颗伴星白矮星的轨道联系起来。由比利时列日大学的雅埃尔纳泽领导的研究提供了迄今为止关于该系统内部过程的最清晰证据。
几十年来，许多研究团队都在全力以赴地解开仙后座γ星的谜团。而现在，多亏了XRISM的高精度观测，我们终于做到了。雅埃尔说道。
伽马仙后座星由一颗Be型恒星及其周围环绕的物质盘组成；部分物质流向其伴星；在伴星周围形成第二个吸积盘，物质最终沿磁极方向下落，并在极区产生X射线辐射（绿色箭头所示）。部分X射线被白矮星表面反射（紫色箭头所示）。图片来源：列日大学Y.Nazé
一段深植于历史的谜团
在晴朗的夜晚，欧洲人可以看到仙后座γ星（γCas），它是人们熟知的W形星座仙后座的中心点。
尽管这颗恒星十分明亮，却一直令天文学家感到困惑。早在19世纪，意大利天文学家安杰洛塞奇就注意到其光谱中一个异常特征：它的氢谱线呈现出明亮的发射线，而在太阳这类恒星中，同一谱线通常表现为暗弱的吸收线。
这种意外的行为促使人们定义了一类新的恒星，即Be星。这个名称将代表炽热蓝白色大质量恒星的B与代表其独特氢发射的e结合在了一起。
人们花了数十年才明白，这种辐射来自恒星高速自转时抛出的旋转物质盘。这些盘会随时间增长或消散，导致亮度发生变化，至今仍吸引着业余天文爱好者观测。
X射线成像与光谱任务（XRISM）的太空概念图。图片来源：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）
随着观测技术的进步，天文学家追踪到伽马仙后座星的微小运动，并推断其必定拥有一颗低质量伴星。由于这颗伴星无法被直接观测到，研究人员推测它可能是一颗白矮星——一种密度极高的天体，其质量与太阳相当，但体积仅与地球相近。
20世纪70年代中期，又一个谜团出现了，当时人们发现仙后座γ星会发射异常强烈的高能X射线。后来的研究表明，这些X射线来自被加热到约1.5亿摄氏度（2.7亿华氏度）的等离子体，其亮度大约比这类恒星预期的亮度高40倍。
借助欧洲航天局的XMM牛顿卫星、美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台以及德国的eROSITA等先进的X射线天文台，科学家们已经确认了大约二十多颗类似仙后座γ型的恒星。这些天体如今在Be星中形成了一个独特的子群。
最后两个理论
多年来，天文学家一直在争论关于X射线的两种主要解释。一种观点认为，恒星与其周围盘状物之间的磁相互作用产生了高温等离子体。另一种观点则提出，来自盘状物的物质落到了一颗白矮星伴星上，从而产生了X射线。
XRISM的高分辨率光谱仪Resolve现已提供了决定性证据。观测显示，高温等离子体的信号会随着这颗不可见伴星的轨道同步移动。这证实了白矮星正在从仙后座γ星吸积物质，并在吸积过程中发射X射线。
此前利用XMM牛顿望远镜开展的研究为XRISM铺平了道路，使我们得以排除众多理论，并证实了最后两个竞争理论中哪一个是正确的，雅埃尔表示，能够获得直接证据，最终解开这一谜题，令人极为欣慰
将伽马Cas系统确定为Be星和吸积白矮星的双星系统，解决了X射线难题，但这也引发了关于这些双星系统如何形成和演化的新问题。
这类系统曾被认为很常见，尤其是在低质量恒星中。然而，近期研究表明，它们的出现频率比预期的要低，且更常与高质量的仙后座γ型变星（Be星）相关。
我们认为关键在于弄清楚这两颗恒星之间究竟是如何相互作用的，雅埃尔说，既然我们已经了解了伽马仙后座的真实本质，就可以为这类恒星系统专门建立模型，并据此更新我们对双星演化的认识。
看到这一谜题多年来逐步揭开，真是令人惊叹。欧洲航天局研究学者爱丽丝博尔盖塞表示，她专攻高能天体物理学。XMM牛顿卫星在排除伽马仙后座星多种理论假说方面做了大量基础性工作。而如今，借助新一代先进观测设备XRISM，我们终于取得了突破性进展。
这一出色的成果凸显了X射线成像与光谱任务（XRISM）的日本、欧洲和美国团队之间的紧密合作，欧洲航天局（ESA）的XRISM项目科学家马泰奥瓜伊纳齐补充道，这个国际团队汇聚了解开X射线宇宙最大谜团、开辟新研究途径所需的技术和科学专业知识。
参考文献：雅埃尔纳泽、MasahiroTsujimoto、格雷戈尔劳、肖恩J冈德森所著《在仙后座γ星铁K发射线中检测到轨道运动》，《天文学与天体物理学》杂志。 DOI：10.105100046361202558284
相关知识
天文学家是专门研究宇宙中天体及其现象的科学家，他们通过观测、理论建模和数据分析，探索恒星、行星、星系、黑洞及宇宙起源与演化等课题。天文学家常使用光学望远镜、射电望远镜、空间探测器等工具获取数据，并借助物理学、数学和计算机科学方法进行深入研究。他们的工作不仅拓展人类对自然规律的认知边界，也推动了精密仪器、数据处理与航天技术的发展。
BY: European Space Agency
FY: AI