抬头仰望北方夜空，能找到排列成英文字母“W”形状的恒星群。这是作为寻找北极星标志而广为人知的仙后座，尤其在秋至冬期间易于观测">抬头仰望北方夜空，能找到排列成英文字母“W”形状的恒星群。这是作为寻找北极星标志而广为人知的仙后座，尤其在秋至冬期间易于观测">抬头仰望北方夜空，能找到排列成英文字母“W”形状的恒星群。这是作为寻找北极星标志而广为人知的仙后座，尤其在秋至冬期间易于观测。
位于这个“W”正中央顶点、肉眼清晰可见的亮2等星被称为仙后座γ星。以列日大学Yaël Nazé为首的研究团队宣布，已确定仙后座γ星发射的异常强X射线的来源是其双星系统中的伴星——白矮星。
本次成果基于JAXA（宇宙航空研究开发机构）与NASA（美国航空航天局）、ESA（欧洲空间局）合作运行的X射线成像光谱卫星XRISM的观测，终于解开了困扰天文学家50余年的谜团。研究团队的成果论文已发表于学术期刊《天文学与天体物理学》。
基于本次研究成果绘制的仙后座γ星想象图。Be星（中央）的伴星此前一直是谜，现已明确为白矮星（右下）（Credit: ESA, Y. Nazé）

困扰50年的“异常X射线”之谜

仙后座γ星是一颗质量约为太阳16倍的高温恒星，属于“B型发射星（Be星）”。该星自转速度极快，周围存在其抛射的气体盘。1970年代中期发现，它发射的X射线亮度异常，约为普通大质量恒星的40倍，且来源是温度约1.5亿度的超高温等离子体。
2000年虽已明确它是与另一颗星相互绕转、轨道周期203天的双星系统，但不可见伴星的真实身份仍未揭开。关于异常X射线的来源，此前存在两种假说：一是“Be星自身磁场与气体盘相互作用产生X射线”，二是“Be星气体落向未知伴星（吸积）时产生X射线”。
仙后座γ星（γ Cas）位置示意图（英文）。位于仙后座（CASSIOPEIA）构成的“W”中央（Credit: Astronomy Now/Greg Smye-Rumsby – https://astronomynow.com）
可见光（左，数字化巡天 survey）与X射线（右，Swift卫星）观测的仙后座。可见仙后座γ星在X射线波段也很明亮（Credit: JAXA）

XRISM的“辨色能力”捕捉到决定性证据

据论文称，为这场争论画上句号的是XRISM搭载的X射线光谱仪Resolve。
研究团队利用XRISM结合双星轨道周期进行观测，借助Resolve极高的能量分辨率（简言之即精细分辨X射线“颜色”的能力），成功高精度检测到X射线光谱（电磁波各波长强度分布）中铁发射线的波长存在微小但周期性的蓝移或红移。
发射线的周期性偏移源于绕转恒星靠近或远离地球时的多普勒效应。值得注意的是，由波长偏移计算出的速度变化与主星Be星的运动不同，却与不可见伴星的轨道运动一致。这直接证明了X射线并非产生于Be星周围，而是伴星周围。
仙后座γ星主星与伴星的运动（上）及各自运动导致的波长偏移概念图（Credit: JAXA）
实际观测到的仙后座γ星可见光（左，Hα发射线）与X射线（右，铁荧光发射线）波长偏移图（Credit: JAXA）

伴星真实身份为白矮星

基于该观测结果，双星系统中神秘伴星的真实身份已确定为白矮星——一种太阳质量量级恒星演化末期形成的高密度天体。Be星周围气体盘的物质落向具有强磁场的白矮星时，产生的冲击波等会形成超高温等离子体，进而辐射出强烈X射线。
研究团队表示，双星演化模型预测宇宙中应存在大量“Be星-白矮星双星系统”，但此前几乎未被发现。Nazé评论称，本次成果是更新大质量恒星双星演化模型的重要一步。
文/空野咲 编辑/sorae编辑部

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参考文献·来源

• JAXA/ISAS – X射线成像光谱卫星XRISM终于揭开仙后座W中央恒星的真实身份！
• ESA – XRISM解开著名恒星50年之谜
• Nazé等 – γ Cas铁K发射线中检测到轨道运动（《天文学与天体物理学》）