在距离地球约200光年的宇宙深处，一颗死亡恒星的核心围绕着一颗更大的恒星进行着一种怪诞的宇宙之舞。这颗死亡恒星是一种白矮星，它强大的磁场将来自较大恒星的物质拉入一个旋转的吸积盘中。这对旋转的恒星系统被称为'中等极化'(intermediate polar)——当气体从较大恒星落到另一颗恒星上时，会发出复杂的强烈辐射模式，包括X射线。
现在，MIT的天文学家利用太空中的X射线望远镜，首次识别出该系统最内部区域的关键特征——这是一个极端高能的环境，直到现在大多数望远镜都无法观测到。在一项发表在《天体物理学杂志》上的开放获取研究中，该团队报告使用NASA的成像X射线偏振探测仪(IXPE)观测了名为EX Hydrae的中等极化系统。
惊人的发现
研究团队发现了一个令人惊讶的高X射线极化程度，这描述了X射线波电场的方向，以及来自EX Hydrae的X射线中意想不到的极化方向。通过这些测量，研究人员将X射线追溯到系统最内部的区域，靠近白矮星的表面。
更重要的是，他们确定系统的X射线是由白矮星从其伴星拉入的炽热物质柱发出的。他们估计这个物质柱高约2000英里——约为白矮星自身半径的一半，远高于物理学家对这类系统的预测。他们还确定，X射线在散射到太空之前，是从白矮星表面反射的——这是物理学家怀疑但直到现在才得到证实的效应。
"我们证明了X射线极化可以用来测量白矮星吸积几何的详细细节，"麻省理工学院卡夫利天体物理学与空间研究所的博士后、该研究的第一作者Sean Gunderson说。'它为测量其他类型的吸积白矮星的类似X射线极化信号开辟了可能性，而这些信号以前从未被预测过。'
高能喷泉
所有形式的光，包括X射线，都受到电场和磁场的影响。光以波的形式传播，这些波在与光传播方向成直角的方向上摆动或振荡。外部的电场和磁场可以将这些振荡拉向随机方向。但当光相互作用并从表面反弹时，它可以变得极化，这意味着其振动在一个方向上收紧。因此，极化光可以成为科学家追踪光源来源并辨别源几何特征的一种方法。
IXPE空间天文台是NASA的第一个任务，旨在研究由极端天体物理对象发出的极化X射线。该航天器于2021年发射，绕地球轨道运行并记录这些极化X射线。自发射以来，它主要专注于超新星、黑洞和中子星。
这项新的MIT研究是首次使用IXPE测量来自中等极化的极化X射线——与黑洞和超新星相比，这是一个较小的系统，但已知是X射线强发射体。
"我们开始讨论极化程度有多大用处，以便了解这些类型系统中正在发生什么，而大多数望远镜只能看到视野中的一个点，"Marshall说。
中等极化的名称来源于中心白矮星磁场的强度。当这个磁场很强时，来自伴星的物质被直接拉向白矮星的磁极。当磁场非常弱时，恒星物质反而围绕矮星形成一个吸积盘，最终将物质直接沉积到矮星的表面上。
在中等极化的情况下，物理学家预测物质应该以一种复杂的中间模式下落，形成一个也被拉向白矮星磁极的吸积盘。磁场应该将 incoming 物质盘向上抬得很高，像一个高能喷泉，然后恒星碎片以每秒数百万英里的速度向白矮星的磁极下落，天文学家称之为'吸积幕'(accretion curtain)。物理学家怀疑，这种下落的物质应该会与仍然向磁极下落的先前抬升的物质相撞，形成一种气体交通堵塞。这种物质堆积形成了一个碰撞气体柱，温度达数千万华氏度，应该发射高能X射线。
最内部的图像
通过测量EX Hydrae发出的任何极化X射线，该团队旨在测试物理学家对中等极化所假设的图像。2025年1月，IXPE对该系统进行了总计约60万秒（约7天）的X射线测量。
"每当来自源的X射线进入时，你都可以测量极化方向，"Marshall解释道。'你收集大量这样的X射线，它们都处于不同的角度和方向，你可以取平均值得到极化的首选程度和方向。'
他们的测量结果显示出8%的极化程度，远高于某些理论模型科学家的预测。从那里，研究人员能够确认X射线确实来自系统的物质柱，并且这个物质柱高约2000英里。
"如果你能够站在离白矮星磁极不太远的地方，你会看到一个高达2000英里的气体柱伸向天空，然后向外展开，"Gunderson说。
该团队还测量了EX Hydrae的X射线极化方向，他们确定这个方向与白矮星incoming气体柱垂直。这是该物质柱发出的X射线随后在白矮星表面反弹后进入太空，最终进入IXPE望远镜的迹象。
"X射线极化的好处在于，它给了你对整个系统最内部、最高能部分的图像，"Ravi说。'当我们通过其他望远镜观察时，我们看不到任何这些细节。'
未来研究方向
该团队计划将X射线极化应用于研究其他吸积白矮星系统，这可能帮助科学家把握更大规模的宇宙现象。
"当来自伴星的物质落到白矮星上，白矮星无法再容纳它时，整个系统会坍缩并产生一种可以在整个宇宙观测到的超新星类型，这可以用来确定宇宙的大小，"Marshall提出。'因此，理解这些白矮星系统有助于科学家理解那些超新星的来源，并告诉你星系的生态学。'
这项研究部分得到了NASA的支持。
图解：较小的白矮星（左）将物质从较大的恒星拉入旋转的吸积盘。这对被称为'中等极化'，MIT天文学家使用强大的望远镜首次测量了该系统的X射线极化，揭示了其最热、最极端区域中心的关键特征。
