一类"星暴"星系具有引力波探测前景

　　Image credit: X-ray: NASA/CXC/UMass Lowell/S. Laycock et al.; Optical: Bill Snyder Astrophotography
　　1887年，美国天文学家路易斯·斯威夫特（Lewis Swift）发现了一处发光的云团。这个云团，也称为星云，被证实是一个距离地球约22亿光年的小星系。如今，由于此处发生的剧烈恒星形成活动，它作为“星暴”星系 (“starburst” galaxy) IC 10被人们所知。
　　在斯威夫特发现这个星系一百多年后的今天，天文学家们正在使用21世纪最强大的望远镜研究IC 10。使用NASA的钱德拉X射线天文台 (Chandra X-ray Observatory) 进行的新观测展示了该星系的多对恒星，它们将来有机会成为可能是近年观测中最激动人心的宇宙现象——引力波的来源。
　　通过分析钱德拉X射线天文台对IC 10长达十年的持续观测，天文学家们发现超过十二个黑洞和中子星从年轻的大质量伴星摄取气体。由于这样的双星系统放出大量的X射线光，它们被称为“X射线双星” (“X-ray binaries”) 。当一个大质量恒星绕它的致密伴星运动时，不论是这个致密伴星是黑洞还是中子星，物质都会从巨大恒星中被拖拽而出，在致密伴星周围形成物质盘。摩擦力将落入的物质加热到数百万度，产生一个明亮的X射线源。
　　当大质量伴星燃料耗尽时，它会经历一场灾难性的坍缩，造成超新星爆发，并留下一个黑洞或中子星。因此这样的双星系统最终的演化结果是两个致密天体：一对黑洞，一对中子星，或是一个黑洞和一个中子星。如果两个致密天体间的距离随时间变得足够小，它们将会产生引力波。随着时间流逝，它们的轨道大小会持续缩小直到二者并合。在过去的两年中，激光干涉引力波天文台 (LIGO) 已经找到三个成对黑洞以这种方式并合的实例。
　　类似IC 10的星暴星系是搜寻X射线双星的绝佳地点，原因是这些星系在快速地产生出大量恒星。这些新生的恒星中许多都会成为成对的大质量年轻恒星。成对恒星中质量最大的那颗会以更快的速度演化，留下一个黑洞或中子星来陪伴另一颗大质量恒星。如果两颗恒星之间的距离足够小，一个X射线双星系统将会产生。
　　这张新的IC 10的合成图片结合了来源于钱德拉天文台的X射线数据（蓝色）和由来自加州内华达的“天镜”天文台(Heavens Mirror Observatory) 的业余天文学家Bill Snyder拍摄的光学图像（红，绿，蓝）。钱德拉天文台探测到的X射线源比可见光探测到的恒星呈现出更深的蓝色。
　　IC 10星系中的年轻恒星似乎正处于使大质量恒星与致密伴星之间的相互作用最显著的适当年龄，并能够产生最多的X射线源。如果这些系统更加年轻，大质量恒星将不会有时间演变为超新星并产生一个中子星或黑洞，或者大质量恒星与致密天体的轨道将不会有足够时间收缩到发生质量转移的程度。如果这些系统年龄更大，两个致密天体可能都已经完成演化了；这种情况下，两个致密天体间物质的转移不太可能发生，从而阻止了发射X射线的物质盘的形成。
　　钱德拉天文台在IC 10星系中探测到了110个X射线源。其中，有超过40个在可见光中也被观测到，16个包含“蓝超巨星” (“blue supergiants”)，即前面描述的一种年轻的大质量炽热恒星。其他X射线源大部分为包含较小质量恒星的X射线双星。有几个源在X射线的输出中显示出显著的光变，指示了致密星与伴星间剧烈的相互作用。