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。盡管科學家在過去幾十年已探測到數(shù)千例伽馬暴，但關(guān)于伽馬暴起源和爆發(fā)形成的中心天體（也稱中心引擎）存在較多未解之謎。有理論認為，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(zhì)，形成吸積盤并驅(qū)動相對論噴流。另一理論則提出，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。而確定伽馬暴的中心引擎是哪一種并非易事?？茖W家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，目前缺乏直接的觀測證據(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），為伽馬暴中心引擎研究帶來了新曙光。雖然GRB?230307A主暴的持續(xù)時間較長，表面上屬于長伽馬暴范疇，但紅外波段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(guān)”衛(wèi)星探路者“萊婭”和“懷柔一號”極目衛(wèi)星捕捉到GRB?230307A的瞬時輻射，揭示了該伽馬暴的獨特性質(zhì)，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(jù)。

研究分析“萊婭”和極目衛(wèi)星聯(lián)合獲得的覆蓋X射線到伽馬射線寬波段數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，GRB?230307A瞬時輻射的性質(zhì)支持該暴起源于致密星的并合。值得注意的是，該暴在伽馬射線和X射線波段表現(xiàn)出不同特征。具體而言，X射線輻射的持續(xù)時間顯著長于伽馬射線，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。

“天關(guān)”衛(wèi)星寬視場X射線望遠鏡載荷科學家、“萊婭”負責人、中國科學院國家天文臺正高級工程師凌志興認為：“‘萊婭’作為‘天關(guān)’衛(wèi)星萬星瞳載荷的實驗?zāi)K，其搭載空間新技術(shù)試驗衛(wèi)星發(fā)射具有重要意義，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)期性能?！薄疤礻P(guān)”衛(wèi)星首席科學家、國家天文臺研究員袁為民評價道：“‘萊婭’獲取的科學數(shù)據(jù)極具科學價值?！R婭’捕捉到GRB?230307A的瞬時輻射，揭示了該伽馬暴的獨特性質(zhì)。這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)提供了重要依據(jù)?！睒O目衛(wèi)星首席科學家、中國科學院高能物理研究所研究員熊少林表示：“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。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>

12月16日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《國家科學評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院空間科學戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等的支持。該研究由國家天文臺、高能所、南京大學、紫金山天文臺及美國內(nèi)華達大學等合作完成。

論文鏈接

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