記者從中國科學院國家天文臺獲悉，近日，中國科學院國家天文臺、中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學院紫金山天文臺等聯(lián)合研究團隊，通過對“天關”衛(wèi)星探路者“萊婭”和極目衛(wèi)星聯(lián)合獲得數(shù)據深入分析，揭示了伽馬射線暴形成磁陀星的直接證據。該研究成果于日前在線發(fā)表在綜述性學術期刊《國家科學評論》。
伽馬射線暴（以下簡稱伽馬暴）是宇宙大爆炸以來最為壯觀的爆發(fā)現(xiàn)象。盡管科學家們在過去的幾十年里已經探測到數(shù)千例伽馬暴，但關于其起源和爆發(fā)形成的中心天體（也稱中心引擎）仍存在許多未解之謎。一種理論認為，伽馬暴的中心引擎可能是黑洞，通過其強大的引力快速吸積周圍物質，形成吸積盤并驅動相對論噴流。另一種理論則提出，伽馬暴的中心引擎可能是一顆高速自轉且具有極強磁場的中子星（即磁陀星），其磁場強度是地球磁場的數(shù)萬億倍，能夠釋放巨大的磁能為伽馬暴供能。然而，要確定伽馬暴的中心引擎究竟是哪一種并非易事。科學家們需要通過多波段觀測和數(shù)據分析來尋找線索。例如，一些短伽馬暴的X射線余輝光變曲線中顯示出平臺特征，可能暗示自轉周期短至毫秒的磁陀星作為中心引擎的可能性。然而，我們仍然缺乏直接的觀測證據來驗證這些假設。
2023年3月7日，全球眾多望遠鏡探測到一例非常明亮而特殊的伽馬暴（編號為GRB 230307A），為伽馬暴中心引擎的研究帶來新曙光。雖然其主暴的持續(xù)時間較長，表面上屬于長伽馬暴的范疇，但紅外波段的觀測顯示其伴隨著千新星的輻射，且相對于其宿主星系有較大的位置偏移，這些特征表明GRB 230307A可能源自致密星的并合。中國科學院研制的“天關”（Einstein Probe, EP）衛(wèi)星探路者“萊婭”（LEIA）和“懷柔一號”極目（GECAM）衛(wèi)星成功捕捉到了GRB 230307A的瞬時輻射，揭示了該伽馬暴的獨特性質，并首次在瞬時輻射階段發(fā)現(xiàn)了磁陀星作為中心引擎的直接證據。
研究團隊通過對萊婭和極目衛(wèi)星聯(lián)合獲得的覆蓋從X射線到伽馬射線寬波段（500電子伏至6百萬電子伏）數(shù)據的深入分析發(fā)現(xiàn)，GRB 230307A瞬時輻射的性質支持該暴起源于致密星的并合。尤其值得關注的是，該暴在伽馬射線和X射線波段表現(xiàn)出截然不同的特征。具體而言，X射線輻射的持續(xù)時間要顯著長于伽馬射線，且其X射線的能譜與根據伽馬射線能譜分布向X射線波段外推的結果存在顯著的差異。特別是在伽馬射線輻射消失后，X射線波段顯現(xiàn)出由磁陀星驅動的輻射成分。
“天關”衛(wèi)星萬星瞳載荷科學家，萊婭負責人國家天文臺正高工程師凌志興說：“萊婭作為“天關”衛(wèi)星寬視場 X 射線望遠鏡（WXT或萬星瞳）載荷的一個實驗模塊，其搭載空間新技術試驗衛(wèi)星（SATech-01）發(fā)射具有重大意義，它為萬星瞳載荷提供了在軌驗證試驗的機會，確保了萬星瞳在實際運行中能夠達到預期的性能”。
“天關”衛(wèi)星首席科學家國家天文臺袁為民研究員評價：“萊婭獲取的科學數(shù)據極具科學價值。萊婭成功捕捉到了GRB 230307A的瞬時輻射，揭示了該伽馬暴的獨特性質，這一發(fā)現(xiàn)，不僅證實了磁陀星可作為伽馬暴的中心引擎，更為研究致密天體的物態(tài)性質提供了重要的依據?！?/p>
極目衛(wèi)星首席科學家、中國科學院高能物理研究所熊少林研究員說：“這是極目衛(wèi)星繼精確測量千年一遇的最亮伽馬暴之后發(fā)現(xiàn)的又一個極端明亮的伽馬暴。尤其值得一提的是，這個重要伽馬暴首先由極目衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)并及時向國際天文界通報，從而開啟了全球范圍內的聯(lián)合觀測?！?/p>
據介紹，“天關”衛(wèi)星是中國科學院空間科學（二期）戰(zhàn)略性先導科技專項立項并實施的空間科學衛(wèi)星系列任務之一，由中國科學院主導，歐洲空間局、馬普地外物理研究所和法國國家空間研究中心參與研制。萊婭是由中國科學院國家天文臺和上海技術物理研究所聯(lián)合研發(fā)的“天關”衛(wèi)星萬星瞳載荷的實驗模塊。國家天文臺自2011年研發(fā)龍蝦眼X射線成像技術，并與北方夜視技術股份有限公司合作開發(fā)核心光學器件。中國科學院國家空間科學中心和電工研究所也參與了研制工作。萊婭所搭載的SATech-01衛(wèi)星，作為新技術試驗衛(wèi)星系列的首星，由微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研制，并于2022年7月27日發(fā)射。“懷柔一號”極目衛(wèi)星是中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項研制的科學衛(wèi)星，由高能物理研究所提出概念，聯(lián)合微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院和國家空間科學中心等單位研制。
GRB?230307A的X射線光變曲線以及磁陀星作為中心引擎的模型擬合
GRB?230307A的X射線光變曲線以及磁陀星作為中心引擎的模型擬合
“萊婭”和極目衛(wèi)星聯(lián)合探測到的GRB?230307A的多波段光變曲線和能譜
來源:人民日報客戶端
編輯:馮淑杰
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