超乎想象的明亮:超光速X射线源如何超越爱丁顿理论极限

美国宇航局的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）收集的数据显示，超光X射线源（ULXs）可以超过爱丁顿极限 - 传统上被视为一个物体的最大可能亮度。这一现象可能是由于强大的磁场重新塑造了被吸收的原子，使得像M87 X-2这样的中子星积累了更多的质量，并发出了比以前认为可能的更多的光。

在天体物理学的极端领域，有各种各样的现象似乎是反直觉的。例如，一个物体怎么可能不可能变得更亮？长期以来，这个被称为爱丁顿极限的极限被认为是一个天体可以有多亮的上限，而且它与该天体的质量直接相关。但是观察显示，一些天体甚至比这个理论极限还要亮，现在美国宇航局的核光谱望远镜阵列（NuSTAR）收集的数据证实，这些天体事实上正在打破爱丁顿极限。但是为什么呢？

NuSTAR航天器的插图，它有一个30英尺（10米）的桅杆，将光学模块（右）和焦平面的探测器（左）分开。这种分离对于用于探测X射线的方法是必要的。资料来源：NASA/JPL-Caltech

简单的答案是磁场。或者至少这是最可能的答案。不幸的是，检验这个答案的唯一方法是观察天文物体，因为这些超光X射线源（ULXs）周围的磁场比我们在地球上能产生的任何东西都强数十亿倍。

幸运的是，宇宙是一个广阔的地方，所以有大量的ULXs可供观察，以确定磁场是否是原因，但首先，必须了解首先是什么导致了限制。

任何熟悉太阳帆板概念的人都明白，当光子碰到一个物体时，会产生压力，它可能不是很大的压力，但至少you一些。当超低频星接近光谱的亮部时，它们会发射出许多光子，这些光子的压力会把作为这些光子来源的气体和尘埃推开，阻止它们的供应，从而使物体变暗。

对于为什么一些天体可能看起来更亮，人们提出了各种解释。其中一个最常见的解释是，许多超低频星体具有很强的方向性。在这种情况下，"风"会在源物体周围形成一个锥形结构，将光子推向一个特定的方向。如果这个方向刚好指向地球，那么这个物体就会显得比爱丁顿极限更亮。

但是这项新的研究提供了一个不同的解释。它使用了来自NuSTAR的数据，这个天体最初在2014年被发现是一颗中子星。该天体，即M82 X-2，从而推翻了之前的一个理论，即所有超低频星都必须是黑洞。中子星的质量比黑洞略小，但仍有巨大的引力，能使其附近的任何粒子汽化。这些被汽化的粒子就是产生NuSTAR所探测到的X射线能量的原因。

M87 X-2恰好创造了大量的这种能量，研究人员发现这是因为它每年从附近的一颗恒星中偷取90亿兆吨的物质。这相当于每年吞下1.5个地球。以这种物质转移为出发点，研究人员计算了M87 X-2的预期亮度，发现这个数值与观测结果一致。而且这个数值也高于爱丁顿极限。

这又指出了它究竟为什么会更高。在M87 X-2的情况下，数据认可了一种理论，即被吸收到中子星中的原子本身被极端的磁场强迫成几乎像弦一样的形状，而不是通常的球形构造。这使得它们对光子的推送更具挑战性，从而使更多的质量聚集到恒星上，使它能够继续大规模地产生光子。

对M87 X-2和其他超低频星的进一步观测是必要的，以进一步检验这一理论。毫无疑问，随着NuSTAR和其他X射线观测站的继续工作，将会有更多这样的数据出现。