中子星是研究极端致密物质的重要天体。其内部物质的状态方程（equation of state, EOS）描述了压强与密度等物理量之间的关系，并决定中子星的质量—半径关系。因此，对质量和半径的观测约束，是检验致密物质理论模型的重要途径。通常，在相关密度区间内，较硬的状态方程能够提供更强的压强支撑，在相同质量下往往对应较大的半径。因此，精确测定一颗中子星的质量和半径，就等于为区分不同物质状态模型提供了一把关键的尺子。

Image: NASA’s Goddard Space Flight Center

EXO 0748−676是一颗具有独特观测历史的中子星低质量X射线双星，也是研究中子星基本性质和热演化的重要目标。该系统在2008年结束持续二十四年的长期吸积爆发后进入宁静态（quiescence），经历约16年的宁静期后，于2024年再次爆发，并在2025年重新进入宁静态。前后两次吸积活动结束后的观测，为研究同一颗中子星的基本性质及其热演化提供了难得的机会。

在宁静态阶段，伴星向中子星的物质吸积显著减弱，中子星表面的热辐射更容易从X射线观测中被识别。通过对热辐射光谱进行物理模型拟合，并结合源距离等信息，可以推断中子星质量和半径的允许范围。然而，这一过程通常受到观测数据质量、星际吸收、非热辐射成分及源距离不确定性等因素的影响。因此，如何充分利用长期积累的观测数据、减小模型参数之间的简并，是提高中子星质量—半径约束可靠性的重要问题。

针对这一问题，研究团队系统分析了2008—2025年间EXO 0748−676的20次宁静态X射线观测，包括14次Chandra观测和6次XMM-Newton观测。团队采用中子星氢大气模型（nsatmos）描述其表面的热辐射，并通过全局马尔可夫链蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo, MCMC）分析，将氢柱密度（hydrogen column density）、中子星质量和半径设为各次观测共享的参数，联合提取不同观测中的约束信息。在采用7.1千秒差距（kpc）的基准距离时，联合拟合得到中子星的质量为 M = 1.77_{-0.22}^{+0.17}\,M_\odot，半径为 R = 12.62_{-0.74}^{+0.56} km（1σ可信区间）。进一步将距离的不确定性纳入后，研究给出的保守范围为质量约1.41–2.11倍太阳质量、半径约10.15–15.13公里。这一结果整体上偏向相对较硬的状态方程，不支持预言极小半径的模型。

通过分别拟合两段宁静期的数据，研究人员发现，联合分析能够减小质量后验分布（posterior distribution）在低质量一侧的延伸，从而收紧质量下限。第二段宁静期仅包含3次钱德拉观测，但为联合约束提供了有益补充。这说明，新一轮吸积活动后的宁静态观测不仅能够追踪热演化，也能够补充对中子星基本参数的限制。通过额外对第一段宁静期的观测按时间进行分段拟合表明，对中子星的质量、半径，以及非热辐射谱指数的推断在宁静期保持稳定，不存在剧烈波动，因此联合分析宁静期数据以减小后验范围是有效的。此外，第二次宁静期的早期观测已经展现出2024—2025年爆发后星壳再次冷却（renewed crust cooling）的趋势，这为比较同一颗中子星在不同吸积活动结束后的热弛豫（thermal relaxation）行为提供了观测机会，也使质量—半径研究与星壳热演化研究形成互补。

除中子星质量与半径外，研究还揭示了该系统值得进一步探索的长期热演化特征。 在2008年长期吸积爆发结束后，EXO 0748−676的表面有效温度经历了早期下降、相对稳定的平台阶段以及后期变化，反映出复杂的宁静态热演化行为。2024—2025年新一轮爆发结束后的三次Chandra观测，则初步显示出表面有效温度再次下降的趋势，与新一轮星壳冷却的可能过程相符。

本研究充分利用了跨越约17年的长期X射线观测数据，将中子星质量—半径约束与不同吸积周期后的热演化研究相结合，体现了长期监测和多时段联合分析在致密天体研究中的科学价值。相关结果为进一步认识EXO 0748−676的基本物理性质，以及利用宁静态X射线观测研究中子星内部结构提供了重要参考。

该工作由厦门大学博士研究生王明阳、李昂教授与中国科学院云南天文台张国宝研究员合作完成。研究获得了国家自然科学基金项目的支持。

论文信息：

Mingyang Wang, Guobao Zhang, and Ang Li. Neutron Star Mass-Radius Constraints for EXO 0748−676 from 2008-2025 Quiescent X-ray Spectra. The Astrophysical Journal, accepted (2026).

预印本链接：https://arxiv.org/abs/2606.23466