伽馬暴如何形成磁陀星？中國天關和極目衛星聯手揭示直接證據

來源：中國新聞網

中新網北京12月20日電 (記者 孫自法)伽馬射線暴(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探測到數千例伽馬暴，但其起源和爆發形成中心引擎(也稱中心天體)仍存在諸多未解之謎，也廣受關注。

直接證據

記者12月20日從中國科學院國家天文臺獲悉，由中國科學院研制的兩顆科學衛星——天關(愛因斯坦探針，EP)衛星的探路者“萊婭”(LEIA)和“懷柔一號”極目(GECAM)衛星，成功捕捉到編號為GRB 230307A的伽馬暴瞬時輻射，科學家們據此研究揭示出該伽馬暴的獨特性質，并首次在瞬時輻射階段發現磁陀星(高速自轉且具有極強磁場的中子星)作為伽馬暴爆發形成中心引擎的直接證據。

本次研究成果論文中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示意圖。中國科學院國家天文臺 供圖

這項重要天文學發現研究由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及美國內華達大學等多家科研機構合作完成，相關成果論文近日在綜述性學術期刊《國家科學評論》(National Science Review，NSR)上線發表。

兩種理論

研究團隊介紹說，學界關于伽馬暴中心引擎主要有兩種理論，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。

不過，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，此前缺乏直接的觀測證據來驗證這些假設。

深入分析

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GRB 230307A，為伽馬暴中心引擎的研究帶來新曙光。雖然其主暴持續時間較長，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。

在本項研究中，基于天關衛星探路者“萊婭”和極目衛星成功捕捉到GRB 230307A的瞬時輻射，研究團隊通過對這兩顆科學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600萬電子伏)數據的深入分析，發現GRB 230307A瞬時輻射的性質支持該伽馬暴起源于致密星的并合。

本次研究成果論文中“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示意圖。中國科學院國家天文臺 供圖

尤其值得關注的是，該伽馬暴在伽馬射線和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。

全球聯合

天關衛星寬視場X射線望遠鏡(英文縮寫WXT，中文昵稱“萬星瞳”)載荷科學家、“萊婭”負責人、中國科學院國家天文臺凌志興正高級工程師說，作為天關衛星“萬星瞳”載荷的一個實驗模塊，“萊婭”搭載空間新技術試驗衛星發射具有重大意義，它為“萬星瞳”載荷提供了在軌驗證試驗的機會，確保“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、中國科學院國家天文臺袁為民研究員指出，“萊婭”獲取的科學數據極具科學價值。其成功捕捉到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重要依據。

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表示，GRB 230307A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。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。

據了解，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。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，由中國科學院高能物理研究所提出概念，聯合中國科學院微小衛星創新研究院、中國科學院國家空間科學中心等研制。(完)