研究揭示X射线双星“早衰”现象

X射线双星中的致密天体从伴星吸积物质，并释放出强烈的X射线。仙女座星系是距离银河系最近的大型旋涡星系，因而成为研究恒星级X射线源的“理想实验室”。

近日，中国科学院紫金山天文台联合清华大学，利用欧洲空间局XMM-Newton空间X射线望远镜，对仙女座星系开展了全面的X射线源巡天研究。研究显示，仙女座星系中低质量X射线双星的总X射线辐射亮度明显低于理论预期，表明这些系统在形成后呈现出持续且快速的衰减趋势，比理论预期的演化速度更快。

研究团队通过长时间多次曝光，观测区域覆盖了仙女座盘面及其周边共7.2平方度的天区，最终探测到4506个X射线源。通过对比盘面外的“背景视场”，团队高精度地扣除了来自前景恒星和背景活动星系核的干扰，获得了样本量大且背景干净的仙女座星系X射线源样本。

团队通过构建仙女座中心核球、内旋臂、外盘等不同区域的X射线光度函数，比较了各处源群体性质。结果显示，仙女座盘面内的低质量X射线双星主导了星系的整体X射线辐射，但其单位恒星质量对应的低质量X射线双星总X射线亮度，明显低于其他星系。这表明，仙女座的X射线源群体已经经历了明显的亮度衰减，尤其在“内旋臂”区域较为明显，该区域由20亿年至40亿年前形成的恒星构成，其X射线辐射异常暗淡。

通过联合仙女座星系恒星形成历史分析，研究发现这些X射线双星系统在形成后呈现出持续且快速的衰减趋势，并未出现理论预言中长达十亿年的辐射“平台期”——其实际亮度在10亿年左右时已远低于理论值。这一发现质疑了“X射线光度与星系质量成正比”经验关系的普适性，并对低质量X射线双星光度演化模型提出了挑战。

长期以来，天文学家以星系的恒星质量估算其总X射线亮度，即“X射线光度—质量关系”。但研究结果显示，这一经验规律在经历过特定恒星形成历史的星系中会失效。这意味着星系的恒星形成历史，会对星系整体X射线辐射强度产生更复杂的影响，而非简单地与总恒星质量成正比。仙女座的X射线源总体亮度比其他同类星系低，原因在于其恒星总体形成较早，低质量X射线双星已进入“光度早衰”阶段。

该研究为校准理论模型提供了新基准，并为理解银河系及其他星系中双星的长期演化提供了重要参考。

相关研究成果发表在《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。

论文链接

X 射线与红外波段交织的仙女座

X 射线双星亮度随年龄演化的轨迹