近日，來自中國科學(xué)院國家天文臺、中國科學(xué)院高能物理研究所、南京大學(xué)、中國科學(xué)院紫金山天文臺以及美國內(nèi)華達大學(xué)等多家科研機構(gòu)的研究人員組成的合作團隊，通過分析天關(guān)衛(wèi)星探路者LEIA和“懷柔一號”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6百萬電子伏）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)迄今第二亮伽馬暴（編號為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)時間要顯著長于伽馬射線，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《國家科學(xué)評論》（National Science Review），國家天文臺副研究員孫惠、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、國家天文臺凌志興研究員、美國內(nèi)華達大學(xué)張冰教授為共同通訊作者。
伽馬射線暴（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(xué)家們在過去的幾十年里已經(jīng)探測到數(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，通過其強大的引力快速吸積周圍物質(zhì)，形成吸積盤并驅(qū)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(zhuǎn)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?？茖W(xué)家們需要通過多波段觀測和數(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^測證據(jù)來驗證這些假設(shè)。
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(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”極目（GECAM）衛(wèi)星成功捕捉到了GRB 230307A的瞬時輻射，為本次發(fā)現(xiàn)打下了堅實基礎(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)星萬星瞳載荷科學(xué)家，萊婭負責(zé)人國家天文臺凌志興研究員說：“萊婭作為“天關(guān)”衛(wèi)星寬視場 X 射線望遠鏡（WXT或萬星瞳）載荷的一個實驗?zāi)K，其搭載空間新技術(shù)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(yù)期的性能”?！疤礻P(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家國家天文臺袁為民研究員評價：“萊婭獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)極具科學(xué)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(zhì)，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(zhì)提供了重要的依據(jù)?！?/p>
極目衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(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(nèi)的聯(lián)合觀測?！?/p>
“天關(guān)”衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)（二期）戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項立項并實施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一，由中國科學(xué)院主導(dǎo)，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(xué)院國家天文臺和上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合研發(fā)的“天關(guān)”衛(wèi)星萬星瞳載荷的實驗?zāi)K。國家天文臺自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。中國科學(xué)院國家空間科學(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?！皯讶嵋惶枴睒O目衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項研制的科學(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)新研究院和國家空間科學(xué)中心等單位研制。
本項研究得到國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃，中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的支持。
圖 2 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，引自已發(fā)表論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae401
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