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双星 银河系中最亮的伽马射线双星系统可能是由一颗磁星驱动的

一个研究小组分析了以前收集的数据来推断一个紧凑的物体的本质是一个旋转的磁星,一种中子星极强的内磁field-orbiting LS 5039,星系中最亮的伽马射线双星系统。
该小组还表明,粒子加速过程发生在LS 5039是由密集的恒星风之间的相互作用的主要大质量恒星,和超强磁场的旋转磁星。
伽马双星是一个由大质量、高能量恒星和致密恒星组成的系统。直到最近，也就是2004年，人们才发现了它们。当时，人们可以从足够大的天空区域观测到特电子伏(TeV)波段的极高能伽马射线。在可见光下观察，伽马双星看起来是明亮的蓝白色恒星，与任何其他拥有大质量恒星的双星系统没有区别。然而，当用x射线和伽玛射线观察时，它们的性质与其他双星有显著的不同。在这些能量带中，普通的双星系统是完全看不见的，但是伽马射线双星产生强烈的非热发射，它们的强度似乎根据其轨道周期从几天到几年的变化而增减。
一旦伽玛射线双星作为一个新的天体物理类别被确立，人们很快就认识到一个极其有效的加速机制应该在它们里面运行。在超新星残骸中加速TeV粒子需要几十年的时间，这是著名的宇宙加速器，而伽马射线双星仅仅在几十秒内就能将电子能量提升到1tev以上。因此，伽马射线双星可以被认为是宇宙中最有效的粒子加速器之一。
此外，一些伽马射线双星还会发射高能伽马射线，其能量可达数兆电子伏特(MeV)。这个波段的伽马射线目前很难观测;在整个天空中，只有大约30个天体探测到它们。但事实上，这样的双星即使在这个能量带内也会发出强烈的辐射，这极大地增加了围绕它们的神秘感，并表明它们内部正在进行一种极其有效的粒子加速过程。
迄今为止，在该星系中已经发现了大约10个伽马射线双星，而已知存在的x射线双星超过300个。为什么伽马射线双星如此罕见还不为人所知，事实上，直到现在，它们加速机制的真正本质还是一个谜。
通过之前的研究,已经清楚,伽马射线二进制通常是由一个巨大的主恒星,重质量的20 - 30倍太阳伴星,必须是一个紧凑的明星,但目前还不清楚,在许多情况下,紧凑的明星是否一个黑洞或中子星。研究小组通过弄清哪种情况是普遍的开始了他们的尝试。
中子星存在的最直接证据之一是探测到与中子星自转有关的周期性快速脉动。从伽马射线双星探测到这样的脉冲几乎毫无疑问地抛弃了黑洞的设想。
在这个项目中，研究小组专注于2005年发现的ls5039，它仍然是x射线和伽马射线范围内最亮的伽马射线双星。事实上，这个伽马射线双星被认为包含一颗中子星，因为它有稳定的x射线和TeV伽马射线辐射。然而，到目前为止，探测这类脉冲的尝试都是用无线电波和软x射线进行的——由于无线电波和软x射线会受到主星星风的影响，因此对这种周期性脉冲的探测一直没有成功。
这一次,第一次,团队成员集中在硬x射线波段(> 10 keV)和观测数据从LS 5039年收集的硬x射线探测器(HXD)在太空望远镜Suzaku望远镜(2007年9月9日至15日)和NuSTAR(2016年9月1日至5日)——实际上,为期六天Suzaku望远镜观测时期最长的未使用硬x射线。双星 银河系中最亮的伽马射线双星系统可能是由一颗磁星驱动的
文章插图

【 双星|银河系中最亮的伽马射线双星系统可能是由一颗磁星驱动的】这两次观测相隔9年，但都提供了在ls5039核心存在中子星的证据:“朱雀号”发出的周期约为9秒的信号。这个信号来自统计波动的概率只有0.1%。NuSTAR也显示了一个非常相似的脉冲信号，尽管脉冲的重要性较低——例如，NuSTAR的数据只是试验性的。结合这些结果，还可以推断出自旋周期以每年0.001 s的速度增加。
根据推导出的自旋周期及其增长速度，研究小组排除了旋转驱动和吸积驱动的情况，并发现中子星的磁能是唯一能驱动LS 5039的能量来源。所需磁场达到1011 T，比典型中子星高3个数量级。这个值是在所谓的磁星中发现的，磁星是中子星的一个亚类，具有极强的磁场。9秒的脉冲周期是典型的磁星,这强磁场可以防止主恒星的恒星风被捕捉到一颗中子星,这可以解释为什么LS 5039不展览属性类似于x射线脉冲星(x射线脉冲星通常发生在x射线双星系统,恒星风在哪里被其伴星)。
有趣的是，到目前为止发现的30颗磁星都是孤立的恒星，所以它们存在于伽马双星中并不是主流观点。除了这个新的假设，研究小组还提出了一个为LS 5039内部的非热发射提供能量的来源——他们提出，这种发射是由磁星磁场和密集的恒星风之间的相互作用造成的。事实上，他们的计算表明，在靠近磁星的极强磁场区域产生的伽马射线，其能量可以达到数兆电子伏(目前尚不清楚)。

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