——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
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)家在過去幾十年里已經(jīng)探測到數(shù)千例伽馬暴,但其起源仍存在許多未解之謎。
中國科學(xué)院研制的“天關(guān)”衛(wèi)星探路者“萊婭”和“懷柔一號(hào)”極目衛(wèi)星成功捕捉到一例特殊伽馬暴(GRB 230307A)的瞬時(shí)輻射,揭示了該伽馬暴的獨(dú)特性質(zhì),并首次在瞬時(shí)輻射階段發(fā)現(xiàn)了磁陀星作為中心引擎的直接證據(jù)。近日,該研究成果發(fā)表于《國家科學(xué)評(píng)論》。
“天關(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員袁為民評(píng)價(jià):“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)提供了重要依據(jù)。”
長期以來,科學(xué)家對(duì)伽馬暴起源和爆發(fā)形成的中心天體(也稱中心引擎)的研究形成了兩種理論。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。另一種理論認(rèn)為,伽馬暴的中心引擎可能是一顆高速自轉(zhuǎn)且具有極強(qiáng)磁場的中子星(即磁陀星),其磁場強(qiáng)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。
研究團(tuán)隊(duì)介紹,要確定伽馬暴的中心引擎究竟是哪一種并非易事,科學(xué)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。但這些假設(shè)仍然缺乏直接的觀測證據(jù)來驗(yàn)證。
2023年3月7日,全球許多望遠(yuǎn)鏡探測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,表面上屬于長伽馬暴范疇,但紅外波段的觀測顯示,其伴隨著千新星的輻射,且相對(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。
研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)“萊婭”和極目衛(wèi)星聯(lián)合獲得的覆蓋從X射線到伽馬射線寬波段數(shù)據(jù)的深入分析發(fā)現(xiàn),GRB 230307A瞬時(shí)輻射的性質(zhì)支持該伽馬暴起源于致密星的并合。
值得關(guān)注的是,該伽馬暴在伽馬射線和X射線波段表現(xiàn)出截然不同的特征。具體而言,X射線輻射的持續(xù)時(shí)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(dòng)的輻射成分。
“萊婭”負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)正高級(jí)工程師凌志興表示:“‘萊婭’作為‘天關(guān)’衛(wèi)星萬星瞳載荷的一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,其隨空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射升空具有重大意義,它為萬星瞳載荷提供了在軌驗(yàn)證試驗(yàn)的機(jī)會(huì),確保了萬星瞳在實(shí)際運(yùn)行中能夠達(dá)到預(yù)期的性能。”
極目衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)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(gè)極端明亮的伽馬暴。而且,這個(gè)重要伽馬暴首先由極目衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)并及時(shí)向國際天文界通報(bào),從而開啟了全球范圍內(nèi)的聯(lián)合觀測。”
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwae401
(原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2024-12-23?第1版?要聞)
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