超乎想象的明亮:超光速X射線源如何超越愛丁頓理論極限

美國宇航局的核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）收集的數據顯示，超光X射線源（ULXs）可以超過愛丁頓極限 - 傳統上被視為一個物體的最大可能亮度。這一現象可能是由于強大的磁場重新塑造了被吸收的原子，使得像M87 X-2這樣的中子星積累了更多的質量，并發出了比以前認為可能的更多的光。

在天體物理學的極端領域，有各種各樣的現象似乎是反直覺的。例如，一個物體怎么可能不可能變得更亮？長期以來，這個被稱為愛丁頓極限的極限被認為是一個天體可以有多亮的上限，而且它與該天體的質量直接相關。但是觀察顯示，一些天體甚至比這個理論極限還要亮，現在美國宇航局的核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR）收集的數據證實，這些天體事實上正在打破愛丁頓極限。但是為什么呢？

NuSTAR航天器的插圖，它有一個30英尺（10米）的桅桿，將光學模塊（右）和焦平面的探測器（左）分開。這種分離對于用于探測X射線的方法是必要的。資料來源：NASA/JPL-Caltech

簡單的答案是磁場。或者至少這是最可能的答案。不幸的是，檢驗這個答案的唯一方法是觀察天文物體，因為這些超光X射線源（ULXs）周圍的磁場比我們在地球上能產生的任何東西都強數十億倍。

幸運的是，宇宙是一個廣闊的地方，所以有大量的ULXs可供觀察，以確定磁場是否是原因，但首先，必須了解首先是什么導致了限制。

任何熟悉太陽帆板概念的人都明白，當光子碰到一個物體時，會產生壓力，它可能不是很大的壓力，但至少you一些。當超低頻星接近光譜的亮部時，它們會發射出許多光子，這些光子的壓力會把作為這些光子來源的氣體和塵埃推開，阻止它們的供應，從而使物體變暗。

對于為什么一些天體可能看起來更亮，人們提出了各種解釋。其中一個最常見的解釋是，許多超低頻星體具有很強的方向性。在這種情況下，"風"會在源物體周圍形成一個錐形結構，將光子推向一個特定的方向。如果這個方向剛好指向地球，那么這個物體就會顯得比愛丁頓極限更亮。

但是這項新的研究提供了一個不同的解釋。它使用了來自NuSTAR的數據，這個天體最初在2014年被發現是一顆中子星。該天體，即M82 X-2，從而推翻了之前的一個理論，即所有超低頻星都必須是黑洞。中子星的質量比黑洞略小，但仍有巨大的引力，能使其附近的任何粒子汽化。這些被汽化的粒子就是產生NuSTAR所探測到的X射線能量的原因。

M87 X-2恰好創造了大量的這種能量，研究人員發現這是因為它每年從附近的一顆恒星中偷取90億兆噸的物質。這相當于每年吞下1.5個地球。以這種物質轉移為出發點，研究人員計算了M87 X-2的預期亮度，發現這個數值與觀測結果一致。而且這個數值也高于愛丁頓極限。

這又指出了它究竟為什么會更高。在M87 X-2的情況下，數據認可了一種理論，即被吸收到中子星中的原子本身被極端的磁場強迫成幾乎像弦一樣的形狀，而不是通常的球形構造。這使得它們對光子的推送更具挑戰性，從而使更多的質量聚集到恒星上，使它能夠繼續大規模地產生光子。

對M87 X-2和其他超低頻星的進一步觀測是必要的，以進一步檢驗這一理論。毫無疑問，隨著NuSTAR和其他X射線觀測站的繼續工作，將會有更多這樣的數據出現。