在致密星并合产生的伽马射线暴中发现磁星存在的直接证据
2025年04月09日

伽马射线暴(简称伽马暴)是宇宙大爆炸以来最为壮观的爆发现象。尽管科学家们在过去的几十年里已经探测到数千例伽马暴,但关于其起源和中心引擎仍存在许多未解之谜。一种理论认为,伽马暴的中心引擎可能是黑洞,通过其强大的引力快速吸积周围物质,形成吸积盘并驱动相对论喷流。另一种理论则提出,伽马暴的中心引擎可能是一颗高速自转且具有强磁场的中子星(即磁星),其磁场强度是地球磁场的数万亿倍,能够释放巨大的磁能为伽马暴供能。然而,要确定伽马暴的中心引擎究竟是哪一种并非易事。科学家们需要通过多波段观测和数据分析来寻找线索。例如,一些短伽马暴的X射线余辉光变曲线中显示出平台特征,可能暗示毫秒磁星作为中心引擎的可能性。然而,我们仍然缺乏直接的观测证据来验证这些假设。

近期,GRB 230307A因其亮度仅次于目前已知最亮的伽马暴且持续时间较长,引起了全球天文学界的广泛关注。虽然其持续时间较长,属于长伽马暴的范畴,但红外波段的观测显示其伴随着千新星的辐射,且相对于其宿主星系有较大的位置偏移,这些特征表明GRB 230307A可能源自致密星的并合。中国的GECAM和EP探路者LEIA卫星成功捕捉到了GRB 230307A的瞬时辐射,揭示了其独特的性质,并首次在瞬时辐射阶段发现了支持磁星作为中心引擎的直接证据。

图 1GRB 230307A的X射线光变曲线和磁星模型拟合。

通过对GECAM和LEIA卫星宽波段(0.5-6000 keV)数据的深入分析,研究人员发现GRB 230307A瞬时辐射的数据支持该暴源于致密星的并合。通过将GRB 230307A与伽马暴多种经验关系进行比较,发现其与同样源自致密星并合的短伽马射线暴更为一致。尤为重要的是,该暴在伽马射线和X射线波段表现出截然不同的特征。具体而言,X射线辐射的持续时间要显著长于伽马射线,且其X射线的能谱与根据伽马射线能谱分布向低能区外推的结果存在显著的差异。特别是在伽马射线辐射消失后,X射线波段显现出由磁星驱动的辐射成分。这一发现,不仅证实了磁星可作为伽马暴的中心引擎,更为研究致密天体的物态性质提供了重要的依据。

图 1GRB 230307A的X射线光变曲线和磁星模型拟合。


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