科学家发现“被流放”的双星

科学家已经发现证据，表明恒星对儿已被踢出其宿主星系（host galaxies）。通过NASA钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）的观测数据，这一发现是双星系统（binary system）被逐出星系的最明确的例子之一。

天文学家用“双星系统”来指代绕行彼此的恒星。这些恒星对儿可以由像太阳这样的恒星组成，也可以是更奇特、密度更大的天体，比如中子星、甚至黑洞。

从天炉座星系团（Fornax Cluster）中弹出的双星。Credits: NASA/CXC/南京大学/X. Jin et al.

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大质量恒星在“命运的终点”会爆炸形成超新星（supernova），其内核在自身重力下坍缩，最终形成中子星（Neutron）。在某些条件下，这些产生中子星的巨大爆炸不是对称的。这种反冲效应（recoil effect）产生的力可以把它自己从星系中弹出去。新的钱德拉结果表明，有时伴星（companion star，双星系统中较小的那个）也会被迫一起离开星系。

“这就像一位客人被要求与一位吵闹的朋友一起离开派对，”来自加拿大麦吉尔大学、这项研究的负责人Xiangyu Jin说，“这种情况下，伴星被强行拖出星系只是因为它与变成超新星的恒星在同一质心的轨道上。”

天文学家是如何发现被驱逐的双星的呢？如果伴星离得足够近，来自它的物质将向密度更大的中子星旋转，并在中子星周围形成一个圆盘。来自中子星的强大引力使得该盘中的物质在接近中子星时旋转得更快，盘中的摩擦力将气态盘加热到数千万度。在如此高温下，物质盘会发出高能X射线。

Jin和她的合作者在天炉座星系团的综合研究（使用Chandra1999年至2015年间的数据）中发现了X射线双星（X-ray binaries）在星系外的信号。这个星团距离我们不算远，大约有6000万光年。

通过结合大型钱德拉数据集与光学观测数据，研究人员搜索了天炉座星系团中心约60万光年半径内的X射线源，最终发现了30对可能“被驱逐”的恒星。

“比起之前被束缚在某个星系中，这些恒星现在存在于星系之间，或是正在远离它们宿主星系，”来自中国南京大学的合著者Meicun Hou说道。

该团队还发现了另外150个X射线源，似乎位于星团内恒星的边界之外。然而，它们并非起源于被驱逐。一种可能性是它们形成于天炉座星系团中心星系的晕圈（halos）或更外圈的地方；第二种可能性是它们在附近星系飞越的过程中被其引力拉离星系，又或是星系碰撞时被剥离的恒星的残留。科学家认为这种相互作用在天炉座星系团这样的拥挤区域中相对普遍。

“这就像一个聚会结束时，宾客们各回各家，只留下了东道主，”来自南京大学的共同作者Zhenlin Zhu说，“就天炉座星系团而言，极端的情况是原始星系不存在了。”

钱德拉观测的总曝光时间为15天，使得该团队能够在其搜索区域发现1177个X射线源，其中覆盖了天炉座星系团中的29个星系。该团队估计了这些光源中有多少可能属于星系团，有多少是来自星系团之外的遥远地方。最终大约有180个源位于星团中星系的主要恒星区域之外。

“虽然我们对这些发现感到非常兴奋，但我们的数据表明，可能还有更多被流放的双星，它们在钱德拉数据中太微弱以至于我们察觉不到，”南京大学的合著者Zhiyuan Li说，“我们需要更长时间的钱德拉观测才能发现这些较为暗淡的光源。”

研究论文发表在2019年5月1日的《天体物理学杂志》上，网页版：https://arxiv.org/abs/1902.03733

有关更多钱德拉X射线天文台的更多图像、多媒体、和相关材料，请访问：http://www.nasa.gov/chandra