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南京大学参与发现首例磁星驱动的X射线暂现源

文章作者:产品测评 上传时间:2019-11-24

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最初,研究团队发现了一个新型的X射线暂现源,其X射线辐射仅持续了约7个小时,距离地球约66亿光年远。初步分析该源符合上述X射线暂现源的特征。

图1. GRB 170817A的能量-时间分布与光变曲线

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最近南京大学天文与空间科学学院张彬彬副教授、戴子高教授课题组在引力波事件及伽玛射线暴研究领域取得了重要进展,相关成果分别发表在近期的《自然·通讯》和《自然·天文学》杂志上。

该项研究由包括南京大学在内的国内外多个单位和研究机构合作完成,得到了国家自然科学基金、科技部973计划、中科院前沿科学重点研究计划项目、国家千人计划青年项目等资助。

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但也有学者对此提出质疑。早在2006年,南京大学的戴子高教授等人曾提出另一种观点,关于双中子星并合后的直接产物除了黑洞,还有另外一种可能性,即两个中子星并合成一个质量更大的中子星,一般这类中子星会带有强大的磁场和较快的自转,通常被称为大质量毫秒磁星。但该类磁星是否存在,已有的天文观测一直未曾证实。

除了对引力波事件GW170817/GRB 170817A研究外,张彬彬老师自加入天文与空间科学学院戴子高教授课题组以来,还以观测数据的处理和分析为基础和切入点,开展了多个课题的科学研究。张彬彬老师联合南京大学、北京大学、中山大学、紫金山天文台等国内相关单位以及美国、英国、西班牙、俄罗斯、韩国等多个国家的天文研究机构,开展了“三胞胎”伽玛暴GRB 160625B的观测与理论研究,相关成果以“Transition from fireball to Poynting-flux-dominated outflow in the three-episode GRB 160625B”为题于2018年1月31日发表在《自然·天文学》杂志上(https://www.nature.com/articles/s41550-017-0309-8)。这项研究工作详尽分析了GRB 160625B时间分辨谱和多波段观测数据,指出这类由前兆辐射、瞬时辐射和延展辐射按照演化序列构成的完整伽玛暴可能具有一定的普遍性,因此GRB 160625可能是对人们深刻理解伽玛暴物理的一个非常关键的“原型”伽玛暴。

然而,中子星距离地球非常遥远,要想观测到双中子星合并的壮丽景象,尤其是X射线爆发信号,必须借助灵敏的太空望远镜。

图2. 由GRB 170817A 及 GW170817计算得到的低光度伽玛暴发生率和致密星并合的发生率。

在2017年的引力波伽玛暴事件中,虽然证实了两个中子星并合过程可以产生伽玛暴,但由于引力波信号偏弱,天文学家并未从引力波数据中确认并合产物究竟是黑洞还是磁星。

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在近日《自然》杂志发表的一篇题为《A magnetarpowered X-ray transient as the aftermath of a binary neutron-star merger》(双中子星并合形成的磁星所驱动的X射线暂现源)的文章中,南京大学天文与空间科学学院的罗斌教授和张彬彬副教授共同参与了这一项发现,首次证实了双中子星并合可以形成磁星,并发现了该磁星所驱动的X射线短时标辐射。由钱德拉空间X射线卫星观测到的暂现源称为“X射线暂现源”,其主要辐射波段为X射线。该X射线源持续时间大约为数小时,并呈现理论预期的平台形状并过渡到下降阶段的光变曲线。

图3. GRB 160625B γ射线波段的光变曲线,完美诠释了伽玛暴γ波段辐射的完整组成:前兆辐射(precursor)、瞬时辐射(main prompt emission,亦称主暴)和延展辐射(extended emission)。图片来源 Zhang, B.-B. et al 2018, Nature Astronomy,2, 69

据介绍,如果两个中子星的并合产物是磁星,其所驱动的X射线辐射在空间分布是各向均匀的,若观测者视线方向与短伽玛射线暴喷流方向夹角较大,将预期看到一个没有对应的短伽玛射线暴、光变曲线具有特征平台的X射线暂现源。这类天体将是双子星并合产生磁星的有力证据。

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