近日，国际天体物理学期刊《The Astrophysical Journal》以“Irradiation-driven Formation of Supersoft X-Ray Sources following Classical Novae”为题发表了我校理论物理中心团队研究成果，首次通过计算机模拟揭示了宇宙中神秘天体——超软X射线源的形成机制，破解了困扰该领域数十年的理论难题。
Ia型超新星因其高度同一的光度而被作为标准烛光应用在宇宙学研究中。人们通过对Ia型超新星测距发现宇宙在加速膨胀，由此揭开暗能量的发现。然而，Ia型超新星的前身星以及爆炸机制都不清楚。超软X射线源是非常可能的Ia型超新星前身星候选体，以持续的白矮星表面热核燃烧为特征，产生强烈的超软X射线辐射。传统理论模型要求这些系统需要高达每年约10-7太阳质量的质量转移率，这通常需要至少1.5 - 2.5太阳质量的伴星。然而，观测却发现了几个轨道周期极短（约2 - 3小时）的超软X射线源，如RX J0439.8-6809和RX J0537.7-7034。如此短的轨道周期意味着它们的伴星质量非常低（小于0.5太阳质量），理论上这种低质量伴星提供的质量转移率只有每年10-10到10-9太阳质量，比所需标准低2-3个数量级。这一矛盾长期困扰着天文学家。
图：新星系统在发生爆发后形成超软X射线源的参数空间。红色标记代表目前已发现的短周期超软X射线源以及可能的伴星质量范围。
由河南师范大学赵伟涛、中国科学院云南天文台孟祥存研究员、中国科学院国家天文台崔英朕和南京大学郭云浪组成的联合研究团队，提出了创新的解决方案：经典新星爆发后的辐射反馈机制。该团队使用国际先进的MESA代码进行了详细的长期双星演化模拟。研究发现，新星爆发后的辐射，包括爆发时的瞬时辐射和随后的持续吸积辐射，能够显著加热并膨胀低质量伴星的大气层。模拟结果显示，在新星爆发后的辐射作用下，稳定的质量转移可以持续超过103年，为白矮星积累足够的物质并启动稳定的氢燃烧提供了充分条件，从而形成持久的超软X射线源。研究团队还进行了系统的参数空间分析，发现辐射反馈机制能够很好地解释观测到的短周期超软X射线源的位置分布。目前观测到的所有短周期超软X射线源都精确地位于他们预测的形成区域内，这为理论提供了强有力的支持。该理论还得到了实际观测的验证：1938年爆发的新星蛇夫座1938在2023年被发现为持久的超软X射线源，间隔长达85年。此外，对仙女座星系M31的系统监测也发现了几个新星在爆发后3-9年开始发出超软X射线辐射。
这项研究的意义远远超出了解释超软X射线源形成的范畴。研究团队发现，辐射反馈机制还能够解释另一类天体现象——短周期再发新星。这表明经典新星、再发新星和超软X射线源可能代表了同一物理过程在不同参数条件下的不同表现形式。"这一发现为理解这些密切相关的天体现象提供了一个新颖而统一的理论框架。该研究得到了中国国家自然科学基金、国家重点研发计划等多个项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae2f44
作者简介：赵伟涛，男，讲师。主要从事Ia型超新星、新星以及致密星方面的理论研究。近年来，在 Astronomy & Astrophysics、The Astrophysical Journal 等国际主流期刊发表 SCI 论文 6 篇,其中第一作者4篇。研究成果被写入Elsevier出版的《天体物理百科全书》。