
宇宙之最系列 — 最亮也最遠的中子星
周翊 撰文 2017.03.15
中子星是大質量恆星死亡留下的殘骸,不能像一般恆星一樣內部經核融合反應產生能量,但可藉由磁偶極輻射機制耗損自身轉動動能,或吸積伴星物質轉化重力位能產生輻射,中子星的輻射通常有脈衝現象,稱之脈衝星。一般相信,如一般恆星一樣,中子星的發光功率不會超過所謂的艾丁頓極限,對於一個1.4倍太陽質量的中子星而言,這個值約為每秒 2.5×10³⁸ 爾格,而中子星質量一般認為部會超過3.2倍太陽質量。因此以現有望遠鏡的靈敏度,天文學家並不預期能在本銀河系及大小麥哲倫星系(非常靠近本銀河系的二個不規則星系)以外能偵測到脈衝星。
近年來由於 X 光望遠鏡靈敏度增加,天文學家在鄰近星系發現了一些超亮 X光光源(Ultraluminous X-ray sources,簡稱ULXs),其發光功率估計可高達每秒 10⁴¹ 爾格(假設其輻射是各向均勻),一般認為這些超亮光源是天文學家期盼已久的中等質量黑洞,其質量約在數百到數千個太陽質量,因此其艾丁頓極限才能超過每秒 10⁴¹ 爾格。
但令人驚奇的是自 2014 年以來,天文學家陸續發現三顆ULXs有明顯的脈衝現象,說明了ULXs是有些是中子星而非黑洞。其中最亮的一個NGC 5907 X-1位於星系NGC 5907 (如左圖),距離我們有五千萬光年,它與另一顆星構成了一個雙星系統(如右圖)。他的光度變化很大,觀測到的發光功率最大時高達每秒 2.2×10⁴¹ 爾格,一秒鐘輻射出的能量比太陽一年還多。或許它的輻射並非各向均勻,而我們正好在其輻射集中的方向,這可以讓NGC 5907 X-1 發光功率低於中子星的艾丁頓極限。但這又難以解釋天文學家觀測到它極大的脈衝週期變化,從2003年觀測到的1.428秒急速縮減到2014年的1.136 秒。NGC 5907 X-1 的發現造成了一些理論天文物理上的挑戰。
