伽馬射線暴（簡(jiǎn)稱(chēng)伽馬暴）是宇宙大爆炸以來(lái)最為壯觀的爆發(fā)現(xiàn)象。盡管科學(xué)家在過(guò)去幾十年已探測(cè)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(chēng)中心引擎）存在較多未解之謎。有理論認(rèn)為，伽馬暴的中心引擎可能是黑洞，通過(guò)其強(qiáng)大的引力快速吸積周?chē)镔|(zhì)，形成吸積盤(pán)并驅(qū)動(dòng)相對(duì)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(qiáng)磁場(chǎng)的中子星即磁陀星，其磁場(chǎng)強(qiáng)度是地球磁場(chǎng)的數(shù)萬(wàn)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。科學(xué)家需要通過(guò)多波段觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析來(lái)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(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。然而，目前缺乏直接的觀測(cè)證據(jù)來(lái)驗(yàn)證這些假設(shè)。

2023年3月7日，全球眾多望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到一例非常明亮而特殊的伽馬暴（編號(hào)為GRB?230307A），為伽馬暴中心引擎研究帶來(lái)了新曙光。雖然GRB?230307A主暴的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，表面上屬于長(zhǎng)伽馬暴范疇，但紅外波段觀測(cè)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位置偏移。這些特征表明，GRB?230307A可能源自致密星的并合。中國(guó)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)星捕捉到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)。

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(shí)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(shí)間顯著長(zhǎng)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。

“天關(guān)”衛(wèi)星寬視場(chǎng)X射線望遠(yuǎn)鏡載荷科學(xué)家、“萊婭”負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)正高級(jí)工程師凌志興認(rèn)為：“‘萊婭’作為‘天關(guān)’衛(wèi)星萬(wàn)星瞳載荷的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其搭載空間新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射具有重要意義，為萬(wàn)星瞳載荷提供了在軌驗(yàn)證試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，確保了萬(wàn)星瞳在實(shí)際運(yùn)行中能夠達(dá)到預(yù)期性能?！薄疤礻P(guān)”衛(wèi)星首席科學(xué)家、國(guó)家天文臺(tái)研究員袁為民評(píng)價(jià)道：“‘萊婭’獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)極具科學(xué)價(jià)值?！R婭’捕捉到GRB?230307A的瞬時(shí)輻射，揭示了該伽馬暴的獨(dú)特性質(zhì)。這不僅證實(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)?！睒O目衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)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(cè)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。值得一提的是，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(guó)際天文界通報(bào)，從而開(kāi)啟了全球范圍內(nèi)的聯(lián)合觀測(cè)?！?/p>

12月16日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)等的支持。該研究由國(guó)家天文臺(tái)、高能所、南京大學(xué)、紫金山天文臺(tái)及美國(guó)內(nèi)華達(dá)大學(xué)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(cè)到的GRB?230307A的多波段光變曲線和能譜