X射線聯星

X射線聯星是一類發出明亮X射線輻射的聯星，聯星系統中有一顆為緻密星，通常為中子星或黑洞。它們的典型光度在10³⁶-10³⁸爾格／秒之間^[1]，比太陽全波段的光度高3到5個數量級。X射線聯星在靠近銀心和銀盤的方向分布比較集中，在球狀星團中也有分布。

X射線聯星中的巨星-吸積盤示意圖

X射線聯星的發現

1960年代，人們利用火箭和氣球確定了大約30個X射線源。1964年薩佩特^[2]和澤爾多維奇^[3]等人提出銀河系X射線源是聯星系統中的中子星或者黑洞的吸積過程產生的。最早證認的X射線聯星是半人馬座X-3和武仙座X-1。20世紀70年代，烏呼魯衛星觀測到了它們具有X射線脈衝，週期分別為4.84秒^[4]和1.24秒^[5]，並且經歷數天的週期性變化。X射線脈衝星發現後，提出了密近聯星的模型解釋這種現象，脈衝的週期性變化是由於聯星相互掩食而產生的。這種說法已經得到廣泛承認。

截至2006年，人們已經在銀河系內發現了超過300個X射線聯星。錢德拉X射線天文台還在河外星系中發現了X射線聯星。

X射線聯星的分類

根據伴星的質量，X射線聯星大體上可以分為高質量X射線聯星和低質量X射線聯星兩類。

低質量X射線聯星

低質量X射線聯星的主星是一顆緻密星（中子星或黑洞），伴星的質量較低，通常小於1倍太陽質量，軌道週期從數分鐘到數百天不等。其X射線輻射是由於伴星充滿了洛希瓣，部分物質被主星所吸積所致，這叫做「洛希瓣盛溢」。它們的X射線譜較軟，少數有表現為X射線脈衝，多數有X射線暴和准週期震盪現象，並且很少發生交食。低質量X射線聯星的大部分輻射以X射線的形式釋放出來，因此在天空中屬於較明亮的X射線源，但在可見光波段很暗淡，視星等大約在15到20等。這類聯星截至2006年已經在銀河系中發現了大約100顆，其中有13顆位於球狀星團中。它們沿銀河系核球的方向和球狀星團中分布比較集中，而在銀盤上則很彌散，屬於年齡10⁹年的年老星族。

一顆典型的低質量X射線聯星是4U1626-67，其主星為1.4倍太陽質量的X射線脈衝星，伴星為0.1倍太陽質量的矮星，在半徑不到太陽半徑的軌道上環繞主星運轉，軌道週期為42分鐘。武仙座X-1也是一顆典型的低質量X射線聯星。

高質量X射線聯星

高質量X射線聯星的伴星是一顆緻密星，主星為大質量恆星（多數高於10倍太陽質量），光譜型多為O、B型，通常為有明顯氫發射線的B型星或超巨星。這類聯星的X射線輻射是由於主星吹出的星風被伴星所俘獲，並下落到伴星表面而發出的。高質量X射線聯星在可見光波段的光度通常大於X射線光度，光學光度主要是由主星貢獻的，而X射線輻射則主要由伴星（緻密星）所貢獻。其X射線譜的特點是較硬，時變特性變現為正常的X射線脈衝，多數出現交食，沒有X射線暴。它們的空間分布沿銀盤方向比較集中，屬於年齡小於10⁷年的年輕星族。

半人馬座X-3是一顆典型的高質量X射線聯星，它是在1967年發現的^[6]，1971年里卡爾多·賈科尼等人利用烏呼魯衛星的觀測資料發現它具有規則的脈衝^[4]。半人馬座X-3的主星是一顆20倍太陽質量的巨星，伴星是一顆X射線脈衝星，週期為4.84秒，環繞主星的軌道週期為2.1天。天鵝座X-1也是一顆高質量X射線聯星，它的伴星通常認為是一個黑洞。

高質量X射線聯星又可分為兩類：超巨星／X射線聯星和鈹星／X射線聯星。超巨星／X射線聯星的顯著特點是具有球對稱的星風，而鈹星／X射線聯星的星風呈盤狀，而且會呈現週期性的爆發，通常為暫現源。研究表明，鈹星／X射線聯星在大、小麥哲倫雲中占星系總質量的比例遠遠高於銀河系，推測可能與金屬量有關。

其它

除此之外還發現了介於二者之間的X射線聯星，懷疑應分為中等質量X射線聯星。截至2006年，此類X射線聯星只發現了1顆。激變變星發射X射線的中心天體是白矮星，通常也視為X射線聯星。

截至2006年，已測定40餘個X射線聯星的脈衝和軌道週期，發現其週期是由無數個加快、減慢的過程疊加起來的，但從長期來看，總的趨勢是自轉加快的。鈹星／X射線聯星的脈衝／軌道週期具有顯著的相關性。此外，X射線聯星還具有無規則行走的性質。

參考文獻

1. Bhattacharya, D., van den Heuvel, E.P.J., 1991, Physics Reports, 203, 1. NASA ADS
2. Salpeter, E.E., 1964, Astrophysical Journal, 140, 796. NASA ADS DOI:10.1086/147973
3. Zel'Dovich, Ya.B., Novikov, I.D., 1964, Soviet Physics Doklady, 9, 246. NASA ADS
4. Giacconi, R. et al., 1971, Astrophysical Journal, 167, L67. NASA ADS
5. Tananbaum, H. et al., 1972, Astrophysical Journal, 174, L143. NASA ADS
6. Chodil, G. et al., 1967, Physical Review Letters, 19, 681. DOI:10.1103/PhysRevLett.19.681

延伸閱讀

• Lewin, W.H.G., van Paradijs, J., and van den Heuvel, E.P.J. eds. 1995, X-ray binaries, Cambridge University Press. ISBN 0-521-59934-2
• Lewin, W.H.G., van der Klis, M. eds. 2006, Compact stellar X-ray sources, Cambridge University Press. ISBN 0-521-82659-4
• Schatz, H., Rehm, K.E., 2006, Nuclear Physics A, 777, 601. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0607624 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）