X射線雙星中的致密天體從伴星吸積物質，并釋放出強烈的X射線。仙女座星系是距離銀河系最近的大型旋渦星系，因而成為研究恒星級X射線源的“理想實驗室”。
近日，中國科學院紫金山天文臺聯合清華大學，利用歐洲空間局XMM-Newton空間X射線望遠鏡，對仙女座星系開展了全面的X射線源巡天研究。研究顯示，仙女座星系中低質量X射線雙星的總X射線輻射亮度明顯低于理論預期，表明這些系統在形成后呈現出持續且快速的衰減趨勢，比理論預期的演化速度更快。
研究團隊通過長時間多次曝光，觀測區域覆蓋了仙女座盤面及其周邊共7.2平方度的天區，最終探測到4506個X射線源。通過對比盤面外的“背景視場”，團隊高精度地扣除了來自前景恒星和背景活動星系核的干擾，獲得了樣本量大且背景干凈的仙女座星系X射線源樣本。
團隊通過構建仙女座中心核球、內旋臂、外盤等不同區域的X射線光度函數，比較了各處源群體性質。結果顯示，仙女座盤面內的低質量X射線雙星主導了星系的整體X射線輻射，但其單位恒星質量對應的低質量X射線雙星總X射線亮度，明顯低于其他星系。這表明，仙女座的X射線源群體已經經歷了明顯的亮度衰減，尤其在“內旋臂”區域較為明顯，該區域由20億年至40億年前形成的恒星構成，其X射線輻射異常暗淡。
通過聯合仙女座星系恒星形成歷史分析，研究發現這些X射線雙星系統在形成后呈現出持續且快速的衰減趨勢，并未出現理論預言中長達十億年的輻射“平臺期”——其實際亮度在10億年左右時已遠低于理論值。這一發現質疑了“X射線光度與星系質量成正比”經驗關系的普適性，并對低質量X射線雙星光度演化模型提出了挑戰。
長期以來，天文學家以星系的恒星質量估算其總X射線亮度，即“X射線光度—質量關系”。但研究結果顯示，這一經驗規律在經歷過特定恒星形成歷史的星系中會失效。這意味著星系的恒星形成歷史，會對星系整體X射線輻射強度產生更復雜的影響，而非簡單地與總恒星質量成正比。仙女座的X射線源總體亮度比其他同類星系低，原因在于其恒星總體形成較早，低質量X射線雙星已進入“光度早衰”階段。
該研究為校準理論模型提供了新基準，并為理解銀河系及其他星系中雙星的長期演化提供了重要參考。
相關研究成果發表在《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。
論文鏈接
X 射線與紅外波段交織的仙女座
X 射線雙星亮度隨年齡演化的軌跡
本文鏈接：研究揭示X射線雙星“早衰”現象http://m.sq15.cn/show-12-2182-0.html
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