困扰天文学家半个世纪的天鹅座X-3，被称为宇宙级谜题，如今有了谜底
这个X射线双星系统就像宇宙中大部分发光类星体的等比例模型一样。
（图解：这是一幅关于吸积盘的艺术想象图，这个吸积盘围绕着天鹅座X-3这个X射线双星系统中的致密天体。X射线在被IXPE探测到之前，这些射线在漏斗形状的空腔内部不断散射。图源：Alexander Mushtukov）
天文学家们认为有一个双星系统是宇宙中大部分发光类星体的缩小版，这个系统中有一颗大质量恒星，和极有可能是一个黑洞的天体，二者形成了强X射线源。
一支国际团队使用了NASA的成像X射线偏振探测器得到了一个新发现，这个发现描述了这个位于我们银河系24000光年之外的X射线双星系统是如何通过一个漏斗形的空腔——这个空腔包围着那个极有可能是黑洞的天体——将其发射的X射线不断放大的。
天鹅座X-3这个系统在20世纪70年代早期被观测到，当时是一些射电望远镜发现了系统周围以近光速辐射出的巨大喷流，这喷流发射的无线电在持续了一些日子才消失，在正式消失之前它们总是消失又回来。
在当时，这些喷流的来源是一个谜。我们银河系中厚厚的星尘挡住了它们
，那时我们根本无法在可见光波段观测到天鹅座X-3，人们认为这个星体系统是一个“天文学谜题”。在上世纪70年代，通过电话，世界各地天文台里的射电天文学家鼎力合作，想要在天鹅座X-3的闪烁中捕捉到它的身影。
多年过去，天文学家们利用红外线和X射线波段进行进一步的观测后，他们捉鱼确认了天鹅座X-3是一个X射线双星系统，这个系统中，围绕着一个共同的引力中心进行着物质在大质量恒星和致密天体之间的转换。这个所谓的致密天体要么是一个中子星，但更有可能是一个黑洞，它的质量相当于五个太阳。而恒星则是一颗沃尔夫-瑞叶星（Wolf-Rayet star），这是超巨星很难会经历的一个阶段，在这个阶段中，恒星中会刮出强烈的恒星风，这风会将它们外围的大块物质掀起，而正是这些风刮起的物质成为了致密天体周围盘旋着的吸积盘。
然而，人们很难相信天鹅座X-3是会发光的。吹向一个可能是黑洞的致密天体的物质受到爱丁顿极限的限制，也就是说，如果吸积的速度足够大，吸积将会堵塞，致密天体最终会将这些物质回投出来，吸积盘最后会变得十分稠密和热，以至于倾泻而出的射线直接将流入的新物质截停。在这种情况下，黑洞能够控制自己的生长，并且某些物质也会随着射线喷流被黑洞“吐”出来。
不过，在一些十分明亮的类星体中——也就是那些中心有着极其活跃的超大质量黑洞的星系——似乎违背了爱丁顿极限，在他们的亮度非常高的同时它们还在持续吸积物质。
如今，芬兰图尔库大学的Alexandra Veledina带领着一个团队使用IXPE测算了来自天鹅座X-3的X射线的极化程度，并且发现这个星体的极化程度极高，只能被解释为是，在吸积盘中央，这些X射线在漏斗形状的空腔内部不断散射。Veledina在一次发言中指出：“我们发现到一层致密且不透明的五折包围着那个致密天体。我们能观测到的光其实是周围气体形成的内部的漏斗壁反射出来的光，就像一个将镜子作为内壁的杯子。”
（图解：神秘的天鹅座X-3双星系统，上图是由NASA钱德拉X射线天文台（白色部分）的X射线波段观测到，以及来自Smithsonian’s Submillimeter毫米阵列的射电观测数据（红色和蓝色部分）。图源：X-ray: NASA/CXC/SAO/M.McCollough et al, Radio: ASIAA/SAO/SMA）
对于类星体来说，有一个由漏斗形空腔不断抬高的不透明外层是十分典型的，这种类星体被称为ULXs，即超亮X射线源。X射线在漏斗形空腔中不断散射后产生的放大规模也是一种ULXs。
图尔库大学的Juri Poutanen是该研究团队的一员，他认为：“在遥远星系的图像中有明亮的小点，在它们中我们经常观测到ULXs，因为它们的辐射会由致密天体周围的漏斗经特定的效应放大，就像麦克风的原理。不过因为这些放射源离我们实在太远，对于X射线望远镜来说它们显得相对暗淡了。”
因此，对ULXs的研究是很困难的。不过现在，天文学家能够使用更近的天鹅座X-3来作为模型，以更好地学习远距离的ULXs了。
正如Poutanen所说：“我们的发现找到了一个抗衡遥远的ULXs的势均力敌的对手并且就位于我们的星系中。”
天鹅座X-3的爆发是间歇性的，这要归功于沃尔夫-拉叶星绕转致密天体时的椭圆轨，这意味着有时它更近，恒星风中的更多的物质落在那个“黑洞”上。IXPE能够在天鹅座X-3处于ULX阶段时看到它——这时流入物质的量达到最大——极化程度达到24.9%，但当系统不够活跃时，极化程度降至10.4%。这表明漏斗的结构会随着吸积量的增减而变化。Veledina的团队预测，如果吸积率下降得太低，漏斗可能会完全坍塌，只有在吸积再次回升时才能重建。
该团队现在正计划进行进一步的观测，试图捕捉到这种坍塌的发生，极化几乎降至0，这表明X射线辐射直接来自吸积盘表面的灼热气体，而不是通过漏斗内的散射间接发出。
BY: Keith Cooper
FY: Stella Zhang（张姝铃）
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