天蝎座X-1:天文学家或很快探测到持续产生引力波的极端天体

艺术家的双星对概念,其中一颗较小的恒星正在向中子星提供物质。 中子星的扰动可能会不断地向太空发送引力波。 图片来源:Gabriel Pérez Díaz,SMM (IAC)

宇宙动物园包含如此奇异和极端的物体,它们会产生引力波。 Scorpius X-1 是那个奇怪收藏的一部分。 它实际上是一对双星:一颗中子星与一颗名为 V818 Scorpii 的低质量恒星伴星一起运行。 这对为寻找所谓的“连续”引力波的科学家提供了一个主要目标。 这些波应该存在,尽管还没有检测到。

“Scorpius X-1 是检测这些连续引力波的最有希望的来源之一,”罗彻斯特理工学院数学科学学院的 John Whelan 教授说。 他是 LIGO Scientific Collaboration 中 RIT 小组的首席研究员,该小组是专注于直接探测引力波的科学家小组的一部分。 LIGO 是位于华盛顿州和路易斯安那州的激光干涉引力波天文台。 Virgo(在意大利)和 KAGRA(在日本)也在寻找引力波,通常与 LIGO 一起进行。

在 Scorpius X-1 寻找引力波

Whelan 的团队使用第三次 LIGO-Virgo 观测运行的数据来寻找天蝎座 X-1 的连续引力波。 “这很公平 close 距离只有 9,000 光年,”惠兰说。“我们可以在 X 射线中看到它非常明亮,因为来自伴星的气态物质被拉到中子星上。

尽管天蝎座 X-1 亮度很高,但该团队并未检测到持续不断的引力波冲刷。 这并不意味着波浪不存在。 事实上,他们的数据提供了重要的目标,因为他们计划对这对进行更多的观察。 它帮助他们改进了搜索方法,最终应该会发现这些难以捉摸的波浪。

“迄今为止,这项搜索对天蝎座 X-1 发射的引力波的可能强度产生了最好的限制,”天体物理学科学与技术博士 Jared Wofford 说。 候选人。 “这是第一次,这项搜索现在对系统可能的扭矩平衡场景模型敏感,该场景表明引力波的扭矩和物质在中子星上的吸积是平衡的。在未来几年,我们期望从高级 LIGO 观测运行中获取的更多数据中获得更好的灵敏度,更深入地探测扭矩平衡场景,希望进行首次连续波检测。”


艺术家的中子星概念图显示了它的磁场和可能从两极逸出的物质射流。 在天蝎座 X-1 系统中,中子星与一颗低质量恒星配对。 物质从较小的恒星逃逸到中子星的表面。 中子星表面的不规则性可能在产生引力波方面发挥作用。 图片来源:Kevin Gill,Attribution 2.0 Generic (CC BY 2.0)

天蝎座X-1系统

Scorpius X-1 是我们天空中最强的 X 射线源(仅次于太阳)。 天文学家在 1962 年将带有 X 射线探测器的探空火箭发射到太空时发现了它。 多年来,他们发现它强烈的 X 射线发射来自一颗 1.4 个太阳质量的中子星,它正在吞噬来自其较小的 0.4 个太阳质量伴星的物质流。 中子星强大的引力场加速了落在恒星上的恒星物质。 这会使物质过热并使其发出 X 射线。

虽然该系统是一个强大的 X 射线发射器并且在可见光下很明亮,但它实际上被归类为低质量 X 射线双星。 这两个物体的轨道周期为 18.9 小时。 目前尚不清楚他们是否在他们的历史早期一起形成。 一些天文学家认为,当一颗超大质量恒星和小伙伴有一个 close 在球状星团环境中相遇。 较大的伴星最终爆炸成超新星,产生了中子星。

利用引力波了解天蝎座 X-1 双星对

我们大多数人都熟悉黑洞和/或中子星合并产生的引力波。 这些波的首次探测发生在 2015 年。从那时起,LIGO 及其姊妹设施 KAGRA 和 Virgo 定期探测到这些“更强”的波。 重要的是要记住,这些检测记录了特定的碰撞——本质上是“一次性”事件。 然而,它们并不是宇宙中引力波的唯一来源。 天文学家认为,每秒旋转数百次的大质量物体(例如中子星)可以产生较弱的连续波,这些波应该可以被探测到。

那么,是什么导致了中子星/伴星双星对中的波? 看看中子星的外部结构。 科学家将它们描述为均匀光滑的物体,具有强大的引力和磁场。 然而,它们可能有微小的表面不规则性(称为“山峰”)。 它们仅伸出中子星“外壳”表面上方几分之一毫米。 山脉实际上是地壳的变形。 它们是由中子星电磁场中的极端应力产生的。

这些畸形也有可能随着物体的旋转速度减慢而发生。 或者,可能是当它的旋转突然加速时。 不管它们是如何形成的,它们都会影响中子星的磁场和引力场。 这可能就是引起引力波的原因。 如果是这样,那些山可能很小,但它们的影响可能很大。

现在的挑战是测量这些波。 最终,天文学家将探测到来自天蝎座 X-1 的波浪不断“冲刷”。 他们的数据将告诉他们更多关于中子星本身的信息。 它还应该为双星对的动力学提供线索,因为成员相对于彼此运行。