深入白矮星系统的最内部区域

距离地球大约200光年的地方，一颗“死去恒星”的核心，正围绕一颗更大的恒星，跳着诡异的宇宙“舞蹈”。

事实上，这颗已经死亡的恒星是一颗白矮星，它正从一颗晚型主序星伴星那里吸积物质。这个双星系统名为EX Hydrae，是一种“中介偏振系统”，会释放出包括X射线在内的、结构复杂的强烈辐射。

在一项新发表在《天体物理学杂志》的研究中，一个天文学家团队利用一台在太空中的X射线望远镜——成像X射线偏振探测器（IXPE）对EX Hydrae进行了观测，探索了该系统最内部的区域——这是此前大多数望远镜都无法企及的高能区域。

高能“喷泉”

“中介偏振”这一名称的由来，源自于这类系统的中心白矮星的磁场强度：当磁场非常强时，来自伴星的物质会被直接拉向白矮星的磁极；当磁场非常弱时，这些恒星物质则会在白矮星周围形成吸积盘，以旋转方式环绕，最终直接沉积到白矮星表面。根据物理学家的预测，在中介偏振的情况下，物质的下落方式会呈现一种复杂的“中间模式”——既会形成吸积盘，又会同时被拉向白矮星的磁极。

在恒星物质朝着白矮星磁极坠落之前，磁场会先把盘中的入射物质高高“抬起”，像一座高能喷泉一样，然后这些物质以“吸积帷幕”的形式向坠向磁极。理论认为，下落的物质会与先前被抬升、仍在向磁极坠落的物质相遇，形成局部的气体堆积。这种堆积的物质会形成一根相互碰撞的高温吸积柱，并应当发射出高能的X射线。

最内部的景象

在大多数望远镜的视野里，中介偏振系统不过就是一个小点。这让研究人员不禁思考，究竟需要多大的偏振信号，才能帮看清这类系统的最内部到底在发生什么。

IXPE是一个于2021年发射的、专门用于研究极端天体发射的偏振X射线的航天器。它绕地球运行，记录着来自宇宙的偏振X射线。自发射以来，它主要观测超新星、黑洞和中子星等天体。与黑洞和超新星相比，中介偏振系统的规模更小，但这不妨碍它们是强烈的X射线源。

因此，在新的研究中，研究团队首次利用IXPE，来测量了EX Hydrae的X射线偏振。

2025年1月，IXPE对EX Hydrae进行了累计约60万秒（约7天）的X射线测量。测量结果显示，偏振度约为8%，远高于一些理论模型先前预测的数值。尤为重要的是，他们确定了这些X射线来自那根“吸积柱”——那是白矮星从伴星吸积高温物质时所形成的柱状结构。他们估算，这个柱状物的高度大约相当于白矮星自身半径的一半，远高于物理学家此前对这类系统的预测。

与此同时，研究团队还测量了EX Hydrae的X射线偏振方向，结果发现它与那根流向白矮星的吸积柱几乎是垂直的。这表明：吸积柱发出的X射线在进入太空、最终被IXPE观测到之前，会先在白矮星表面发生反射——这种效应早被物理学家怀疑存在，但直到现在才首次得到证实。

天文学研究的新窗口

这样的研究结果表明，X射线偏振测量是一种研究极端恒星环境的有效方法，例如，它可被用来对白矮星的吸积几何结构进行细致的观测。

研究团队计划，未来要把X射线偏振方法应用到其他吸积白矮星系统的研究中，以此来帮助科学家理解更大尺度的宇宙现象。

这为天文学研究打开了一扇新的窗口，使得天文学家有机会对其他类型的吸积白矮星进行类似的测量——而这些天体此前甚至都没有被预言会产生X射线偏振信号。

#参考来源：

https://news.mit.edu/2025/first-look-innermost-region-white-dwarf-system-1120

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae11b5

#图片来源：

封面图&首图：Jose-Luis Olivares, MIT