仙女座星系中心的高能X射線之謎解開
文：鄭娟娟
（本文首發於筆者的網易號「一心的未來世界」）
仙女座星系（Andromeda Galaxy），又名梅西耶31（Messier 31, M31）或NGC 224，是一個距離地球大約250萬光年遠的螺旋星系。它的直徑約為22萬光年，是銀河系最大的鄰居，也是本星系群中最大的星系。
上個世紀70年代，美國宇航局的愛因斯坦衛星（哈佛-史密森天體物理中心和美國宇航局研製的X射線天文衛星，原名「高能天文台2號」，為紀念愛因斯坦誕辰100周年命名為「愛因斯坦衛星」）第一次發現在仙女座星系的中心，有一個神秘的高能x射線輻射源。
幾十年來，這個被稱為Swift J0042.6+4112的輻射源在低能X射線中一直都能被看到。2013年，斯威夫特衛星也對它進行了觀測，然而，該天體的性質依然很難從很多其他附近的低能x射線源中分辨出來。錢德拉X射線天文台和XMM-牛頓衛星也對它進行了觀測，但它究竟是什麼依然是個謎。
直到最近，美國宇航局的核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）終於揭開了這個高能x射線源的面紗。《天體物理學雜誌》刊登了一篇論文，來自約翰霍普金斯大學的第一作者Mihoko Yukita和協同作者們對該天體進行了詳細研究。他們認為，這極有可能是一個位於雙星系統中的脈衝星。脈衝星，是一種高度磁化、快速旋轉的中子星，會沿著它的磁極發射出電磁輻射束。
研究認為，位於雙星系統中的Swift J0042.6+4112，會從它的伴星（恆星）吸積物質，在吸積過程中就會吐出大量X射線。（關於吸積現象，可以參考筆者的文章，鏈接：探秘黑洞系列之九：餵養銀河系中心貪婪的特大質量黑洞--吸積盤探秘 - 知乎專欄）
由於NuSTAR觀測到的Swift J0042.6+4112放射出的X射線性質與銀河系中脈衝星發出的X射線性質非常匹配，因而研究人員得出結論，Swift J0042.6+4112與銀河系中的脈衝星是同一類型的天體。
在新聞發布會上，Yukita說：「直到我們用NuSTAR觀察它的時候，我們才知道它到底是什麼。」為什麼幾十年過去了，各大望遠鏡都觀測了一圈，最終只有NuSTAR才能揭曉Swift J0042.6+4112的神秘身份呢？
繪製答案，有點像玩拼圖遊戲，有時候最後一塊拼圖往往是最關鍵的那一塊，其他天文望遠鏡可能找到了拼圖的絕大部分，但由於NuSTAR卓越的能力，它找到了最關鍵的那塊。這塊拼圖就是Swift J0042.6+4112高能X射線的性質，在這一點上，其他的天文望遠鏡恰恰是無法獲取的。
NuSTAR，核光譜望遠鏡陣列，簡稱「核星」，是一個沃爾特型X射線太空望遠鏡。觀測的波段是來自天體的5到80keV之間的高能X射線，尤其是核光譜。它的造價約為1.7億美元，是能量超過錢德拉X射線天文台和XMM-牛頓衛星所觀測波段中第一顆直接攝影的太空X射線望遠鏡。它能夠觀測黑洞、中子星、日冕等其他X射線源。這是一顆專註於高能X射線的望遠鏡，其影像清晰度比觀測同光譜區的其他任何望遠鏡都要高至少10倍，敏感度則提高至少100倍。
不過，在你讀到這裡的時候，可能也會有這樣的感受：將Swift J0042.6+4112識別為一顆脈衝星似乎有些奇怪。因為傳統上，天文學家們傾向認為，活躍的、正在吸積的黑洞，通常主導著星系中的高能X射線。但是，Swift J0042.6+4112，這個被辨識為脈衝星的天體，在高能量方面比仙女座星系的整個黑洞群還要亮。
仙女座星系中央的特大質量黑洞有1億個太陽質量，相比之下，咱們銀河系中心的特大質量黑洞有400萬個太陽質量。然而，一顆脈衝星，在它坍塌形成恆星質量黑洞之前，其質量大約不會超過3個太陽質量。如此小的質量，竟能產生令人震撼的高能x射線，實在是太神奇了。要知道，即使是仙女座星系中心的特大質量黑洞，也不具有與之相關的高能量X射線放射。
這樣強烈的質量和輻射量的對比正是使得此項研究成果極其有趣的地方，並且，也說明了對脈衝星進行認真研究非常重要。論文的合著者之一、來自美國宇航局戈達德宇宙飛行中心的Ann Hornschemeier解釋到，NuSTAR已經使我們意識到，脈衝星系統作為星系的X射線放射源的廣泛重要性，而由一個脈衝星系統所產生的仙女座高能X射線，可能僅僅是這種新認識的開始。
相關論文地址：
https://arxiv.org/abs/1703.07318
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