近日，中国科学院云南天文台博士研究生王柏廷和毛基荣研究员及其合作者在国际天体物理期刊《皇家天文学会月报》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上发表了题为“X-ray polarization of inverse Compton scattering by thermal and nonthermal electrons”的研究论文。

X射线双星和活动星系核是宇宙中最明亮的X射线源之一。在这些系统中，物质吸积到致密天体上，高温等离子体中的高能电子通过逆康普顿散射将软种子光子散射至X射线波段。更为重要的是，X射线的偏振态同样携带着散射电子性质和辐射几何的重要信息。然而，以往的理论模型通常将电子能量分布简化为纯热（麦克斯韦分布）或纯非热（幂律分布）两种理想情形，而真实天体环境中的电子更可能是二者共存的混合分布。

研究人员采用蒙特卡洛数值模拟，并结合半解析理论公式，系统研究了热电子、非热幂律电子以及二者共存的混合电子能量分布对逆康普顿散射X射线能谱和偏振的影响。研究发现，对于混合电子分布，散射发射可按能量划分为三个区域：在低能段（< 0.1 keV），辐射主要由热电子贡献，其偏振行为与纯热电子情形一致；在高能段（> 4 keV），非热电子主导，偏振趋近于纯幂律分布的特征；而在0.1–4 keV的过渡能带内，热电子与非热电子贡献相当，总偏振度随频率平滑变化，并直接反映二者的相对权重，因此该能段可作为诊断混合电子分布的有效窗口。此外，当种子光子为部分偏振时，散射后的偏振度与入射偏振度呈线性关系，且能量依赖特征保持不变。

该研究表明，X射线偏振测量能够成为诊断吸积系统中电子能量分布的有效探针，有助于区分热电子与非热电子的相对贡献，为理解黑洞X射线双星和活动星系核的吸积盘和冕的物理状态提供全新的理论参考。未来eXTP等高精度X射线偏振探测卫星有望对这一理论问题进行检验。

该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和云南省兴滇英才支持计划的支持。

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图1分别展示了总辐射、热电子贡献和非热电子贡献的结果。数值模拟结果以实线表示，半解析理论预测以虚线表示。三个面板分别对应完全线偏振、部分偏振和非偏振种子光子的情况。灰色阴影区域标出了0.2-4 keV能段范围。