仙后座正中間星星的身分是什麼？科學家藉助都卜勒效應解謎

仙后座是秋冬季節最容易觀察到的星座之一，尤其是用來指出北極星方向的「W」形外觀令人印象深刻。

不過，在W正中間的仙后座γ星（古星名為「策」）卻因強烈的X射線令科學家困惑許久。直到近期一篇刊登在Astronomy & Astrophysics上的研究，天文學家終於解開了仙后座γ星的真實身分。

仙后座γ星是擁有16倍太陽質量的B型恆星。大約在2000年初期，科學家便知道仙后座γ星是一組雙星系統。所謂的雙星是指兩個距離相近的恆星系統，以仙后座γ星為例，兩顆星會以大約203天的周期相互繞著彼此的共同質量中心旋轉。然而即便是用最先進的望遠鏡觀察，可見光下只會看到仙后座γ星，並無法看到它的伴星。同時，這組雙星系統又不斷放射出強烈的X光。這道X光究竟是來自仙后座γ星的主星，抑或是那看不見的伴星？

▲ 左圖是人眼中的仙后座，而在W連線中間的γ星在右圖中卻發出其他四顆星都沒有的強烈X光。（Source：JAXA）

要解開這個謎題，科學家藉助的是都卜勒效應。當發出波的波源遠離或靠近觀察者時，觀察者偵測到的波頻率和波長都會發生變化，就好像救護車接近時的音調會變高一樣，這就是都卜勒效應。從觀測到的光波長變化，科學家可以知道恆星在視線方向上的速度。透過比較可見光和X光波段下的偏移速度，不但可以確定強烈X射線源自何者，甚至有機會推估兩者的質量比值。

一組由比利時、日本與美國合作的科學團隊利用了日本JAXA的X光分光衛星XRISM的觀測資料。XRISM的高分光解析度，可以辨識出X射線源偏移速度的極限可達光速0.01%。此次研究針對雙星進行三次X射線波段鐵元素發射譜線取像的同時，團隊也同時取得可見光的Hα發射線的都卜勒效應偏移數據。結果發現可見光源的偏移速度僅5km/s，X射線源的偏移速度達100km/s。由此可知仙后座γ雙星系統的可見光和X光來源不同，而且只發出X光的伴星比主星還要小。

▲ 左圖是團隊取得雙星的Hα發射線，右圖則是X光波段下的鐵發射線。兩者同時各取三次分光資料比較。（Source：JAXA）

從以上特徵來推敲，研究團隊認為這顆肉眼看不見的伴星是一顆白矮星。白矮星是太陽質量等級恆星死亡之後的剩餘殘骸。不過就恆星演化模型來說，太陽質量等級恆星壽命應較大質量恆星要長，但仙后座γ星系統中卻是質量大得多的主星仍在主序星階段，較小的伴星已步入死亡階段。由於雙星距離過近，有可能可以藉由重力剝奪對方的氣體，或許仙后座γ星系統也經歷了類似的過程也不一定。