近日，來自中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)以及美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)等多家科研機(jī)構(gòu)的研究人員組成的合作團(tuán)隊(duì)，通過分析天關(guān)衛(wèi)星探路者LEIA和“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星聯(lián)合獲得的從X射線到伽馬射線寬波段（500電子伏至6百萬(wàn)電子伏）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)迄今第二亮伽馬暴（編號(hào)為GRB 230307A）在伽馬射線和X射線波段表現(xiàn)出截然不同的特征，X射線輻射的持續(xù)時(shí)間要顯著長(zhǎng)于伽馬射線，且其X射線的能譜與根據(jù)伽馬射線能譜分布向X射線波段外推的結(jié)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(qū)動(dòng)的輻射成分，從而發(fā)現(xiàn)了磁陀星作為中心引擎的直接證據(jù)。
該研究成果于2024年12月16日在線發(fā)表在綜述性學(xué)術(shù)期刊《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review），國(guó)家天文臺(tái)副研究員孫惠、高能物理研究博士研究生王晨巍及南京大學(xué)博士研究生楊俊為共同第一作者，南京大學(xué)張彬彬教授、高能物理研究所熊少林研究員、國(guó)家天文臺(tái)凌志興研究員、美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)張冰教授為共同通訊作者。
伽馬射線暴（簡(jiǎn)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(xué)家們?cè)谶^去的幾十年里已經(jīng)探測(cè)到數(shù)千例伽馬暴，但關(guān)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(rèn)為，伽馬暴的中心引擎可能是黑洞，通過其強(qiáng)大的引力快速吸積周圍物質(zhì)，形成吸積盤并驅(qū)動(dòng)相對(duì)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(zhuǎn)且具有極強(qiáng)磁場(chǎng)的中子星（即磁陀星），其磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球磁場(chǎng)的數(shù)萬(wàn)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?？茖W(xué)家們需要通過多波段觀測(cè)和數(shù)據(jù)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(tái)特征，可能暗示自轉(zhuǎn)周期短至毫秒的磁陀星作為中心引擎的可能性。然而，我們?nèi)匀蝗狈χ苯拥挠^測(cè)證據(jù)來驗(yàn)證這些假設(shè)。
2023年3月7日，全球眾多望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到一例非常明亮而特殊的伽馬暴（編號(hào)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(shí)間較長(zhǎng)，表面上屬于長(zhǎng)伽馬暴的范疇，但紅外波段的觀測(cè)顯示其伴隨著千新星的輻射，且相對(duì)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(guó)科學(xué)院研制的“天關(guān)”（Einstein Probe, EP）衛(wèi)星探路者“萊婭”（LEIA）和“懷柔一號(hào)”極目（GECAM）衛(wèi)星成功捕捉到了GRB 230307A的瞬時(shí)輻射，為本次發(fā)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖 1GRB 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，引自已發(fā)表論文。
“天關(guān)”衛(wèi)星萬(wàn)星瞳載荷科學(xué)家，萊婭負(fù)責(zé)人國(guó)家天文臺(tái)凌志興研究員說：“萊婭作為“天關(guān)”衛(wèi)星寬視場(chǎng) X 射線望遠(yuǎn)鏡（WXT或萬(wàn)星瞳）載荷的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其搭載空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星（SATech-01）發(fā)射具有重大意義，它為萬(wàn)星瞳載荷提供了在軌驗(yàn)證試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，確保了萬(wàn)星瞳在實(shí)際運(yùn)行中能夠達(dá)到預(yù)期的性能”。“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家國(guó)家天文臺(tái)袁為民研究員評(píng)價(jià)：“萊婭獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)極具科學(xué)價(jià)值。萊婭成功捕捉到了GRB 230307A的瞬時(shí)輻射，揭示了該伽馬暴的獨(dú)特性質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)，不僅證實(shí)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(zhì)提供了重要的依據(jù)?！?/p>
極目衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所熊少林研究員說：“ 這是極目衛(wèi)星（GECAM）繼精確測(cè)量千年一遇的最亮伽馬暴之后發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)極端明亮的伽馬暴。尤其值得一提的是，這個(gè)重要伽馬暴首先由極目衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)并及時(shí)向國(guó)際天文界通報(bào)，從而開啟了全球范圍內(nèi)的聯(lián)合觀測(cè)?！?/p>
“天關(guān)”衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)立項(xiàng)并實(shí)施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一，由中國(guó)科學(xué)院主導(dǎo)，歐洲空間局、馬普地外物理研究所和法國(guó)國(guó)家空間研究中心參與研制。萊婭是由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合研發(fā)的“天關(guān)”衛(wèi)星萬(wàn)星瞳載荷的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。國(guó)家天文臺(tái)自2011年研發(fā)龍蝦眼X射線成像技術(shù)，并與北方夜視技術(shù)股份有限公司合作開發(fā)核心光學(xué)器件。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)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(shù)試驗(yàn)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(hào)”極目衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)研制的科學(xué)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(guó)家空間科學(xué)中心等單位研制。
本項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
圖 2 萊婭和極目衛(wèi)星聯(lián)合探測(cè)到的GRB 230307A的多波段光變曲線和能譜，引自已發(fā)表論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae401
附件下載：
