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合研究團隊，通過對“天關”衛星探路者“萊婭”和極目衛星聯合獲得數據深入分析，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現象。盡管科學家們在過去的幾十年里已經探測到數千例伽馬暴，但關于其起源和爆發形成的中心天體（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）衛星探路者“萊婭”（LEIA）和“懷柔一號”極目（GECAM）衛星成功捕捉到了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現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星聯合獲得的覆蓋從X射線到伽馬射線寬波段（500電子伏至6百萬電子伏）數據的深入分析發現，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射線波段表現出截然不同的特征。具體而言，X射線輻射的持續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射線波段顯現出由磁陀星驅動的輻射成分。
“天關”衛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星（SATech-01）發射具有重大意義，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，這一發現，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性質提供了重要的依據。”
極目衛星首席科學家、中國科學院高能物理研究所熊少林研究員說：“這是極目衛星繼精確測量千年一遇的最亮伽馬暴之后發現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星發現并及時向國際天文界通報，從而開啟了全球范圍內的聯合觀測。”
據介紹，“天關”衛星是中國科學院空間科學（二期）戰略性先導科技專項立項并實施的空間科學衛星系列任務之一，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合研發的“天關”衛星萬星瞳載荷的實驗模塊。國家天文臺自2011年研發龍蝦眼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衛星，作為新技術試驗衛星系列的首星，由微小衛星創新研究院研制，并于2022年7月27日發射。“懷柔一號”極目衛星是中國科學院空間科學戰略性先導科技專項研制的科學衛星，由高能物理研究所提出概念，聯合微小衛星創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”和極目衛星聯合探測到的GRB?230307A的多波段光變曲線和能譜
責任編輯：王嶸
請輸入驗證碼