一類「星暴」星系具有引力波探測前景

Image credit: X-ray: NASA/CXC/UMass Lowell/S. Laycock et al.; Optical: Bill Snyder Astrophotography

1887年，美國天文學家路易斯?斯威夫特（Lewis Swift）發現了一處發光的雲團。這個雲團，也稱為星雲，被證實是一個距離地球約22億光年的小星系。如今，由於此處發生的劇烈恆星形成活動，它作為「星暴」星系 (「starburst」 galaxy) IC 10被人們所知。

在斯威夫特發現這個星系一百多年後的今天，天文學家們正在使用21世紀最強大的望遠鏡研究IC 10。使用NASA的錢德拉X射線天文台 (Chandra X-ray Observatory) 進行的新觀測展示了該星系的多對恆星，它們將來有機會成為可能是近年觀測中最激動人心的宇宙現象——引力波的來源。

通過分析錢德拉X射線天文台對IC 10長達十年的持續觀測，天文學家們發現超過十二個黑洞和中子星從年輕的大質量伴星攝取氣體。由於這樣的雙星系統放出大量的X射線光，它們被稱為「X射線雙星」 (「X-ray binaries」) 。當一個大質量恆星繞它的緻密伴星運動時，不論是這個緻密伴星是黑洞還是中子星，物質都會從巨大恆星中被拖拽而出，在緻密伴星周圍形成物質盤。摩擦力將落入的物質加熱到數百萬度，產生一個明亮的X射線源。

當大質量伴星燃料耗盡時，它會經歷一場災難性的坍縮，造成超新星爆發，並留下一個黑洞或中子星。因此這樣的雙星系統最終的演化結果是兩個緻密天體：一對黑洞，一對中子星，或是一個黑洞和一個中子星。如果兩個緻密天體間的距離隨時間變得足夠小，它們將會產生引力波。隨著時間流逝，它們的軌道大小會持續縮小直到二者併合。在過去的兩年中，激光干涉引力波天文台 (LIGO) 已經找到三個成對黑洞以這種方式併合的實例。

類似IC 10的星暴星系是搜尋X射線雙星的絕佳地點，原因是這些星系在快速地產生出大量恆星。這些新生的恆星中許多都會成為成對的大質量年輕恆星。成對恆星中質量最大的那顆會以更快的速度演化，留下一個黑洞或中子星來陪伴另一顆大質量恆星。如果兩顆恆星之間的距離足夠小，一個X射線雙星系統將會產生。

這張新的IC 10的合成圖片結合了來源於錢德拉天文台的X射線數據（藍色）和由來自加州內華達的「天鏡」天文台(Heavens Mirror Observatory) 的業餘天文學家Bill Snyder拍攝的光學圖像（紅，綠，藍）。錢德拉天文台探測到的X射線源比可見光探測到的恆星呈現出更深的藍色。

IC 10星系中的年輕恆星似乎正處於使大質量恆星與緻密伴星之間的相互作用最顯著的適當年齡，並能夠產生最多的X射線源。如果這些系統更加年輕，大質量恆星將不會有時間演變為超新星併產生一個中子星或黑洞，或者大質量恆星與緻密天體的軌道將不會有足夠時間收縮到發生質量轉移的程度。如果這些系統年齡更大，兩個緻密天體可能都已經完成演化了；這種情況下，兩個緻密天體間物質的轉移不太可能發生，從而阻止了發射X射線的物質盤的形成。

錢德拉天文台在IC 10星系中探測到了110個X射線源。其中，有超過40個在可見光中也被觀測到，16個包含「藍超巨星」 (「blue supergiants」)，即前面描述的一種年輕的大質量熾熱恆星。其他X射線源大部分為包含較小質量恆星的X射線雙星。有幾個源在X射線的輸出中顯示出顯著的光變，指示了緻密星與伴星間劇烈的相互作用。

（編輯：Lee Mohon譯者：ASTRO 校核：傅煜銘）

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