巨星每113天假扮一次超新星，原来是一颗致密星在吞食它

大约每113天，一颗位于附近旋涡星系中的巨星便会猛烈增亮，亮到足以被误认为超新星。这种现象已至少重复了27次，而那颗星依然完好无损。美国宇航局钱德拉X射线天文台的观测如今揭示了驱动这些爆发的机制：一颗黑洞或中子星运行在一条被拉长的轨道上。每当两者靠近时，这颗致密星就会吞噬从巨星表面剥离的气体。

这使得这颗编号为AT 2016blu的恒星，成为其不稳定的恒星类别中，首个已知拥有致密恒星残骸作为伴星的成员。它还将天文学家们此前大多分开研究的两个谜题联系在了一起：一类是像超新星一样爆发但并未死亡的恒星（即超新星冒牌货），另一类则是其他星系中最明亮的X射线源，其能量引擎至今仍存争议。

这颗恒星极其巨大。哈勃望远镜在其平静期拍摄的图像显示，它的质量至少是太阳的33倍，亮度至少是太阳的50万倍。它位于约2900万光年外的NGC 4559星系中，与著名的海山二（Eta Carinae）属于同一类不稳定恒星家族。它稳定的爆发节律早已让研究团队意识到，它正在围绕某个天体运行。

在爆发峰值时，它在红光波段发出的光芒相当于约一千万个太阳：这远不及真正的超新星明亮，但已足以被超新星巡天项目捕捉到。“这颗恒星的行为起初令人困惑，因为它不断表现得像超新星，但显然它不是，因为它大约每年三次挺过这些爆发而存活下来，”合著者、弗吉尼亚大学的Núria Torres-Albà说道。

钱德拉如何捕捉到恒星爆发中的瞬间

两颗大质量恒星的风相互碰撞会产生微弱的X射线。而气体落入黑洞或中子星时，发出的X射线可以明亮数千倍。为了区分这两种情况，钱德拉必须在爆发期间进行观测，这意味着需要提前预知爆发何时来临。

于是研究团队开始了持续监测。利克天文台和拉斯坎布雷斯天文台网络的望远镜几乎每晚检查这颗恒星，美国变星观测者协会发出的警报则召集了三十多位观测者，其中许多是业余爱好者。当这颗恒星增亮超过一个星等时，团队立即触发了钱德拉的紧急观测请求。钱德拉在四天内对这颗恒星进行了五次观测，总时长约10万秒，并且每次均成功探测到X射线信号。

“我们曾怀疑，光学波段明亮的重复闪光，实际上可能由高能X射线的周期性爆发所驱动，”合著者、亚利桑那大学的Nathan Smith表示。“系统周围稠密的气体被X射线加热，然后在光学波段发光。”

只有钱德拉能做到这一点。一个名为NGC 4559 X7的、明亮得多的X射线源，就位于大约10角秒之外，而欧洲的XMM-牛顿望远镜会将两者模糊成一个光点。钱德拉还在二十多年前偶然拍摄过该天区，当时AT 2016blu处于平静期，在其位置上未探测到任何信号。而此次新探测到的X射线信号，至少比当年的极限亮度亮100倍。一个背景类星体恰好落在这个微小搜寻圈内的概率，约为十万分之六。

为何只有黑洞或中子星符合条件

研究论文评估了这类恒星产生X射线的四种可能途径。单颗恒星自身风激波产生的X射线，其上限比钱德拉测得的亮度弱一千万倍以上。两颗大质量恒星风相互碰撞产生的X射线，也差了大约一万倍。连续轨道上抛出的气体壳层可能会相互撞击，但根据这颗恒星光谱中测得的速度，这种撞击只会产生能量较低的软X射线，而钱德拉记录到的是高能量的硬X射线谱。

剩下的可能性就是吸积过程，物质落入一个致密天体。其X射线输出功率达到了理论上限（即爱丁顿极限），对应一个约3.5倍太阳质量的天体，这已经超过了中子星的质量上限。这个数值仅略低于超亮X射线源（一种在其他星系中发现的极端发射源）的阈值，而钱德拉可能只是错过了真正的峰值。研究团队将AT 2016blu列为候选成员。

可见光波段的爆发所携带的能量，大约是X射线的一百倍。如果两者都来自同一吸积过程，那么正如Smith所描述的，大约99%的能量会被周围气体吸收，然后以可见光的形式重新辐射出来。

与海山二及其他冒牌货的比较

在X射线峰值时，海山二（其X射线来自恒星风碰撞）的亮度大约只有AT 2016blu的两千分之一。我们银河系中大多数亮蓝变星则根本探测不到X射线。

最接近的匹配对象是SN 2010da，它是位于NGC 300星系中的一个X射线明亮的超新星冒牌货，其规律的脉冲信号揭示了一颗中子星的存在。不过，它那颗大质量恒星是一颗红超巨星，而非亮蓝变星。

这一点之所以重要，是因为SN 2009ip，一颗爆发了数年、随后似乎真正爆炸了的亮蓝变星，单星模型无法解释其行为。越来越多的模型将这种死亡前的爆发归咎于一颗致密伴星，而AT 2016blu是首个符合这一描述的、被观测到的亮蓝变星。

X射线尚无法揭示的信息

最大的未解之谜是这颗伴星究竟是什么。中子星可以通过规律的X射线脉冲来识别，但钱德拉收集到的X射线光子太少，无法进行脉冲搜索，而XMM-牛顿的视野又被X7源所淹没。要测量伴星的质量需要轨道解，但在这颗恒星氢谱线中测得的视向速度并不反映轨道运动，因此无法得出质量。

物质吸积率倾向于黑洞，但尚不能证实。如果将可见光爆发也考虑在内，这颗伴星吞噬气体的速率可能超过了典型中子星理论承受能力的一百倍。不过，一些中子星已被观测到以超过该极限约一千倍的速率吸积，因此作者们并未给出定论。

这颗恒星的光谱还显示出一些与轨道周期不一致、时隐时现的特征，这可能意味着存在喷流、吸积盘或团块状气体。

此外，还有一个问题是，在经历了多年的稳定期后，这些爆发为何会突然开始。研究团队倾向于认为，这颗巨星随着衰老而缓慢膨胀，直到其外层开始触及伴星。另一种可能是，这颗恒星正处于一个临时的膨胀阶段（这类恒星中已知存在此现象），如果是这样，那么爆发最终应该会停止。但到目前为止，它们并未停止。

关于超新星冒牌货的常见问题

什么是超新星冒牌货？

它是一颗大质量恒星，其亮度足以被误认为是超新星，但并未毁灭，通常是一颗像海山二那样的亮蓝变星。真正的超新星会摧毁恒星，并且通常要亮得多。冒牌货经常被超新星巡天项目记录，并在恒星再次出现后被重新分类。

X射线如何揭示黑洞或中子星？

气体落入非常致密的天体时，会被加热到数百万度，并以普通恒星无法达到的能量水平发出硬X射线。AT 2016blu仅X射线波段的输出功率就约为太阳总输出功率的10万倍，远超恒星风碰撞所能产生的水平。要区分黑洞和中子星，还需要额外的证据，例如脉冲信号或测定的质量。

AT 2016blu最终会作为真正的超新星爆炸吗？

无人知晓。这颗恒星的质量足够大，最终会以超新星的形式终结生命，而冒牌货SN 2009ip的例子表明，具有类似历史的恒星确实可以继续爆炸。新数据中没有任何信息能说明它何时会爆炸。

下一次近距离通过

钱德拉于2026年3月24日至27日观测了这颗恒星，此前在2001年和2002年有过档案数据，而它首次记录到的爆发则是在2012年。研究结果于11月9日发表在《天体物理学报》上。“15年来，天文学家们一直看着这颗恒星有规律地变亮又变暗，”论文第一作者、弗吉尼亚大学的Mojgan Aghakhanloo说。“直到我们在正确的时间获得了钱德拉的数据，才弄明白是什么导致了这一切。”

作者们认为，找到更多类似系统对于理解超新星冒牌货、亮蓝变星和真实超新星之间的联系至关重要。AT 2016blu保持着它的时间表，因此每一次近距离通过都是一次新的机会。能够最终定案的关键证据，是只有中子星才能产生的X射线脉冲，或者是一个能够最终称出伴星质量的轨道解。

参考文献：Aghakhanloo et al., “AT 2016blu: Accretion-powered Outbursts in a Luminous Blue Variable and Compact Object Binary,” The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae9a86

标签: 天文学, 超新星, 黑洞, 中子星, AT 2016blu, Chandra X-ray Observatory