超软X射线源是最可能的Ia型超新星的前身天体,是由一颗致密的大质量白矮星主星和一颗主序星(或者巨星等)构成的激变双星。白矮星通过吸积盘不断吸积来自伴星的物质而源源不断地辐射超软X射线,并使其质量不断增大(图1)而最终产生Ia型超新星爆炸。然而这类双星中物质转移的物理机制仍不清楚。半人马座WX是在银河系中被发现的一颗掩食的超软X射线源。为进一步研究这颗双星的物质交流转移及轨道演化过程,研究人员使用空间望远镜TESS的连续轨道光变曲线,以及AAVSO数据库收集的光变曲线,对该系统的轨道周期变化进行了详细的分析研究(图2),揭示了其轨道周期存在一个长期减小的趋势,双星轨道在持续收缩。
根据前人的研究结果,当白矮星质量约为0.9个太阳质量时,其伴星质量仅为0.6个太阳质量,比白矮星的质量要小。在角动量守恒的情况下,较小质量的伴星向白矮星转移物质,轨道周期应该持续增加,而不是减小。因此,研究人员考虑双星系统中很可能存在强大的角动量损失机制,足以抵消双星间物质转移产生的影响,且致使轨道持续收缩。这种角动量损失机制主要由双星系统中各种风的磁滞作用构成。对于半人马座WX,风的来源可能是伴星的磁星风以及吸积盘的磁盘风。最终,研究人员通过计算得出:当伴星的阿尔芬半径大于20个太阳半径时,仅靠伴星的磁星风便足以支撑观测到的轨道收缩速率;而当伴星的阿尔芬半径小于20个太阳半径时,则需要磁盘风的共同作用,且吸积盘的阿尔芬半径不小于5.5个太阳半径。这些结果为进一步研究Ia型超新星及其前身星的演化进程等提供了丰富的信息。
相关研究工作得到国家自然科学基金重点项目等的资助。
图1 超软X射线源示意图
图2 半人马座WX的轨道周期变化分析图。上图是光极小时刻的观测值O和使用已知历元计算出的值C之间的差值的分布,这说明了轨道周期的变化情况。下图是对此分布拟合后得到的残差分布情况。数据点呈开口向下的抛物线趋势,说明半人马座WX的轨道周期正在减小。