M51中的ULX：闪烁着数百万太阳的光芒

极亮X射线源（ULXs）指一类X射线波段发光功率高于3×1032瓦特（相当于1秒钟释放的能量要大于1032焦耳——约20亿亿个原子弹释放的能量）的X射线点源。ULXs发出的X射线光度并不是一直不变的，会产生近似周期性的闪动，称作准周期振荡。通过研究ULXs在X射线波段上的光变可以了解中央黑洞的性质。

螺旋星系M51，距离约3000万光年远，它是与一个较小的星系合并的

2014年，NASA的NuSTAR(核光谱望远镜阵列)和钱德拉x射线天文台的观测结果显示，少量的ULXs，即x射线的亮度，与数百万太阳的所有波长的总输出亮度相等，甚至是更小的被称为中子星的物体。这些是爆炸的大质量恒星燃烧的核心。中子星通常只有太阳质量的1.5倍。在过去的几年里，有三个这样的ULXs被确定为中子星。科学家们在x射线发射中发现了常规的变异，或者说是“脉动”，这是由中子星而不是黑洞所表现出来的。

现在，研究人员利用美国宇航局钱德拉x射线天文台的数据，确定了第四颗ULX是中子星，并发现了这些物体如何发光的新线索。新特征的ULX位于漩涡星系，也被称为M51。这个漩涡的合成图像包含来自钱德拉(紫色)的x射线和哈勃太空望远镜的光学数据(红、绿、蓝)。ULX被标记为一个圆。

M51中的ULX

中子星是密度极高的物体——一茶匙的重量超过10亿吨，相当于一座山。中子星的强烈引力将周围的物质拉离伴星，当这种物质落入中子星时，它会升温，并发出x射线。当越来越多的物质落在中子星上时，产生的x射线的压力变得如此强烈，以致于把物质推到一边。天文学家们称这一点为（当物体通常不能更快地积聚物质，并释放出更多的x射线）爱丁顿极限。新的结果显示，这个ULX超过了中子星的爱丁顿极限。

科学家们分析了钱德拉拍摄的档案x射线数据，发现了在ULX的x射线光谱中出现了一个不寻常的下降，这就必须用不同波长测量的x射线强度。在排除了其他可能性之后，他们得出结论说，这种下降很可能来自于一个叫做回旋共振散射的过程，当带电粒子——或者带正电的质子或带负电荷的电子——在磁场中旋转时，就会发生这种情况。在x射线光谱中，被称为回旋加速器的磁倾角的大小，意味着磁场强度至少是那些与物质螺旋进入恒星质量黑洞的强度的1万倍，但在中子星的观测范围内。这提供了强有力的证据，证明ULX是中子星而不是黑洞，并且是第一个不涉及x射线脉冲检测的识别。

M51细节

对磁场强度的精确测定，取决于回旋管系的原因，即质子或电子，是已知的。如果这条线来自于质子，那么中子星周围的磁场非常强，可以与中子星产生的最强磁场相媲美，而且实际上可能有助于打破爱丁顿的极限。这样强大的磁场可以减少来自于x射线的压力——通常会推动物质的压力——使中子星消耗比预期更多的物质。

相比之下，如果回旋加速线是由环绕电子形成的，那么中子星周围的磁场强度就会降低1万倍，因此不足以让中子星上的能量流突破爱丁顿极限。

研究人员目前没有新的ULX光谱，有足够的细节来确定回旋管的起源。为了进一步解决这个谜团，研究人员正计划在M51上获取更多的x射线数据，并在其他的ULXs中寻找回旋加速器。

仙女座星系(M31)，一个典型的爱丁顿极限实例。

上图中图像中的颜色对应不同的x射线能量：0.2到1keV(红色)，1到2keV(绿色)，2到4.5keV(蓝色)。

恒星内部核聚变产生的能量从内而外喷射出来。根据能量转换形式，核聚变产生的热能被物质吸收后其中一部分转换原子的动能。由于原子以极高的速度在内核"挣扎"，恒星内核原子速度可以达到每秒数千至数万公里。因此高速运动的原子就会互相碰撞分离，而在这一过程中动能被转换成了引力势能，也就是物质之间会相互远离，内核的动能在不断的碰撞与向外冲击下将动能一点点传递到恒星的外层，使得恒星外层的物质达到逃逸速度，最终导致外层瓦解。

如果恒星质量太大超过爱丁顿极限，内核产生的能量速率太大，恒星通过光辐射的散热速度比不上能量产生速度，内核累积的大量能量需要得到宣泄，这些能量就会通过光能、热能、动能、引力势能的方式从内核传递到恒星的每一个部分。

由于最终转换的形式是引力势能，而引力势能表现的形式就是相互远离。因此恒星自身就会相互远离，使得恒星各部分膨胀拉伸，最终外层结构完全瓦解。

简单的例子，就相当于你在一个塑料袋里把打火机电燃，热能推动空气分子高速飞驰并相互膨胀，塑料袋就会被内部的热空气膨胀撑开。