网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

XRISM 对流入中子星的气体进行“CT扫描”

0
分享至


周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天|周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|周六 · 茶余星话|周日 · 太空探索

主译:遠山真理

校对:甘林

审核:牧夫天文校对组

美编:余家劲

后台:王启儒

https://www.isas.jaxa.jp/topics/004288.html

在宇宙中,存在一些质量非常巨大、却集中在极小区域内的高密度天体,这类天体被称为致密天体。黑洞和中子星就是其中的典型代表。这类天体常常会与另一颗恒星在彼此引力的作用下相互绕转,形成双星系统(图1)。在这样的双星系统中,由于致密天体具有强大的引力,它会从另一颗恒星(伴星)吸引物质,使这些物质不断流向致密天体。这些物质会在中心天体周围形成一个吸积盘。在物质向内坠落的过程中,其损失的引力势能会以辐射的形式释放出来,因此整个系统可以被观测为明亮的X射线源。然而,由于这种物质流发生在距离我们非常遥远的地方,通常无法像拍摄普通“照片”那样,直接用望远镜把它清晰地拍摄下来。

图1: 致密双星系统的示意图。一颗恒星上的物质向致密天体转移,在致密天体周围形成吸积盘,并存在高温物质。(来源:鲛岛直人使用 BinSim 制作)

另一方面,在双星系统中,不仅天体本身会受到引力作用,其周围的物质也会在引力影响下进行轨道运动。因此,随着物质运动状态的不同,它所发出的光的能量也会发生细微变化,这就是多普勒频移(Doppler shift)。

通过在一个完整的双星轨道周期内追踪这种变化,我们就能够判断:来自哪个方向、以多快速度运动的物质所产生的辐射最强。换句话说,我们可以由此揭示这些物质的“速度分布”。从不同方向观察双星系统内部流动的物质,这一点其实与医学中的CT扫描非常相似:CT通过从多个方向探测人体来重建内部的断层图像,而这里则是通过不同轨道相位下的观测来重建物质在速度空间中的分布。这种方法被称为多普勒层析成像(Doppler tomography)(图2左)。

过去,多普勒层析成像技术主要是在可见光波段发展和建立起来的。而在X射线波段,要同时获得足够高的能量分辨率——也就是精细区分不同X射线能量的能力——以及足够多的光子数量,一直十分困难。因此,很长时间以来,人们都未能真正实现X射线波段的多普勒层析成像。事实上,20多年前的一篇论文中就曾写道:“利用X射线铁发射线进行多普勒层析成像……或许能够借助新一代X射线观测卫星成为可能。”(Harlaftis et al. 2001)

而这一次,借助 XRISM,这一长久以来的梦想终于成为了现实。XRISM 卫星搭载的X射线光谱仪是一台极为精密的仪器,能够分辨出约为光速十万分之三的速度差异,从而使在X射线波段应用多普勒层析成像成为可能。

研究人员利用 XRISM 对位于南冕座(Corona Australis)、名为 4U 1822−371 的中子星双星系统进行了观测。结果发现,随着双星系统的轨道运动,铁荧光发射线的中心能量会发生周期性变化(图2右)。

根据这些数据,研究人员利用多普勒层析成像的方法,对物质的速度分布进行了“成像”。结果表明,铁元素产生的荧光X射线并不是来自一个对称的吸积盘,也不是来自恒星表面,而是来自这样一个区域:从伴星流出的物质与致密天体周围的吸积盘发生碰撞,并进一步扩散至吸积盘上方(图3)。

这是人类首次利用X射线对致密天体周围的物质流动进行“成像”,并直接确定其辐射产生位置的成果。

此前,可见光波段的多普勒层析成像主要用于揭示那些能够发出可见光、温度相对较低的物质流动。相比之下,X射线多普勒层析成像能够将致密天体附近那些受到强烈X射线照射、并因此产生辐射的物质清晰地呈现出来。

这一方法有望成为研究致密天体周围物质流动的一种全新手段,使我们能够描绘这些物质的运动,并进一步揭示物质最终如何向中心天体坠落的具体结构。


图2: (左)多普勒层析成像的概念示意图。由于双星系统围绕其共同质心公转,观测者能够像医学中的CT扫描一样,从不同角度“观察”该系统,并测量由于物质运动速度不同而产生的光子能量偏移,即多普勒频移。(右)XRISM观测得到的、不同双星轨道相位(Phase)下的铁荧光发射线光谱。可以看到,随着观察双星系统方向的变化,发射线的中心能量也随之发生变化,这正是多普勒频移的表现。(来源:鲛岛直人根据 Sameshima et al. 2026 制作)


图3: 首次利用X射线多普勒层析成像获得的铁荧光发射线速度图。需要注意的是,图中的横轴和纵轴表示的都是速度,因此这并不是通常意义上的空间位置图,而是一幅速度空间图。(来源:鲛岛直人根据 Sameshima et al. 2026 制作)

※1 发射线

原子或离子在特定波长处发出的明亮辐射。通过研究这些发射线,可以了解天体周围物质的物理状态。

※2 铁荧光发射线

当铁原子内层的电子被X射线等高能辐射击出后,外层电子会跃迁到内层的空缺能级,并在这一过程中释放出X射线发射线。这类发射线常被用来研究中子星和黑洞周围的物质。

※3 多普勒频移

当发光的天体或产生发射线的物质相对于观测者接近或远离时,我们观测到的光的波长(或能量)会发生偏移,这种现象称为多普勒频移。其原理与救护车警笛的声音类似:救护车靠近时听起来音调更高,远离时则更低。

责任编辑:甘林

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号:astronomycn


艺术概念图:红超巨星参宿四与其伴星

Artwork: NASA, ESA, Elizabeth Wheatley (STScI); Science: Andrea Dupree (CfA)

谢谢阅读

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
人肉盾牌的铁证:哈马斯计划在加沙难民营引爆炸弹,制造混乱掩护恐怖分子逃脱

人肉盾牌的铁证:哈马斯计划在加沙难民营引爆炸弹,制造混乱掩护恐怖分子逃脱

老王说正义
2026-10-20 00:48:04
至今健在的开国将帅只剩一位,虽然已102岁高龄,但好在身体健朗

至今健在的开国将帅只剩一位,虽然已102岁高龄,但好在身体健朗

听风喃
2026-10-16 15:22:21
唏嘘,郎平再赴上海看望汤淼,19年没断过,周苏红也有情有义!

唏嘘,郎平再赴上海看望汤淼,19年没断过,周苏红也有情有义!

体坛侃侃球
2026-10-19 09:50:17
上海又捡到宝了?麦基从质疑到统治内线,这么下去内线实力暴涨!

上海又捡到宝了?麦基从质疑到统治内线,这么下去内线实力暴涨!

篮球资讯达人
2026-10-19 22:07:03
1939年,李德返回苏联后,对在中国的老婆和年幼的儿子不管不顾

1939年,李德返回苏联后,对在中国的老婆和年幼的儿子不管不顾

古书记史
2026-01-12 21:59:25
“天生的主任医师料子!”女儿挑芝麻视频火了,网友:前途亮得睡不着

“天生的主任医师料子!”女儿挑芝麻视频火了,网友:前途亮得睡不着

熙熙说教
2026-10-18 14:24:05
一个家庭最大悲哀,就是人到70多岁,却还在和外人随便说6件事

一个家庭最大悲哀,就是人到70多岁,却还在和外人随便说6件事

游戏收藏指南
2026-10-20 00:34:31
出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

汉史趣闻
2026-09-01 17:55:01
记者假扮俄军工买家,一开口要500台,中国公司开价1950万元

记者假扮俄军工买家,一开口要500台,中国公司开价1950万元

桂系007
2026-10-15 16:31:21
美国话音刚落,巴铁宣布封关,双向封锁已成型?就等伊朗认输

美国话音刚落,巴铁宣布封关,双向封锁已成型?就等伊朗认输

民间胡扯老哥
2026-10-19 06:59:05
为什么说“下一个伯德”全都失败了?因为根本没人能复制这种怪物

为什么说“下一个伯德”全都失败了?因为根本没人能复制这种怪物

贵州小娟
2026-10-19 18:45:12
不管你信不信,能吃能喝的老人,基本在71岁,已经不做这4件事了

不管你信不信,能吃能喝的老人,基本在71岁,已经不做这4件事了

新时代的两性情感
2026-10-19 03:06:11
李小冉节目上首谈前夫,坦诚公开离婚的原因,谈及过往委屈到落泪

李小冉节目上首谈前夫,坦诚公开离婚的原因,谈及过往委屈到落泪

铁锤妹妹是只猫
2026-09-12 05:20:00
雷佳音近况公开,留及肩长卷发,网友:与早年“陈俊生”形象判若两人

雷佳音近况公开,留及肩长卷发,网友:与早年“陈俊生”形象判若两人

韩小娱
2026-10-17 16:11:30
太突然,风向变了?很多人开始批评孙颖莎,再次印证了樊振东的话

太突然,风向变了?很多人开始批评孙颖莎,再次印证了樊振东的话

探长影视解说
2026-10-19 19:28:32
德米凯利斯:曾和迪奥曼德谈过几次,他明确表示想再进一步

德米凯利斯:曾和迪奥曼德谈过几次,他明确表示想再进一步

懂球帝
2026-10-19 22:02:18
1日内双喜临门!76人2大悍将即将复出,詹姆斯和恩比德能松口气了

1日内双喜临门!76人2大悍将即将复出,詹姆斯和恩比德能松口气了

包饺子ai剪辑
2026-10-19 19:10:33
欧洲领导人:如果我们想早上吃牛角包、喝咖啡,就必须支持乌克兰

欧洲领导人:如果我们想早上吃牛角包、喝咖啡,就必须支持乌克兰

麓谷隐士
2026-10-19 00:10:04
新型穷人正席卷中国社会:有房子,身价千万,对城市没有归属感

新型穷人正席卷中国社会:有房子,身价千万,对城市没有归属感

铭记历史呀
2026-10-18 10:38:20
看看加拿大老人退休后的生活,再看看中国老人,真的没法比!

看看加拿大老人退休后的生活,再看看中国老人,真的没法比!

江启
2026-10-15 23:33:12
2026-10-20 03:16:49
牧夫天文 incentive-icons
牧夫天文
天文航天和望远镜咨询平台
3824文章数 49238关注度
往期回顾 全部

头条要闻

中国留学生披旭日旗事件最新进展:目前已被遣返

头条要闻

中国留学生披旭日旗事件最新进展:目前已被遣返

体育要闻

从NBA退役10年后,他真去警局上班了

娱乐要闻

奚梦瑶回应重返维密:还是很开心的

财经要闻

黄奇帆之子往事:从广微系到魏桥的跳跃

科技要闻

王晟:近千亿资金涌入后 具身智能开始退烧

汽车要闻

不知道二代海鸥多好玩? 上赛道跑两圈 很过瘾的

态度原创

教育
时尚
房产
亲子
健康

教育要闻

1359 个市级指标藏在哪里?初中三年铺路地图

中国第一位女指挥:97岁,不退休,不退场

房产要闻

最新房价:海口,三亚齐跌!

亲子要闻

无论和谁相处,这八个忠告一定要牢记!

看着很健康的人,怎么会突然猝死?

无障碍浏览 进入关怀版