伽马暴是宇宙大爆炸以来最为壮观的爆发现象。尽管科学家在过去几十年里已经探测到数千例伽马暴，但其起源仍存在许多未解之谜。
中国科学院研制的“天关”卫星探路者“莱娅”和“怀柔一号”极目卫星成功捕捉到一例特殊伽马暴（GRB 230307A）的瞬时辐射，揭示了该伽马暴的独特性质，并首次在瞬时辐射阶段发现了磁陀星作为中心引擎的直接证据。近日，该研究成果发表于《国家科学评论》。
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▲“天关”卫星
“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民评价：“这一发现不仅证实了磁陀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依据。”
长期以来，科学家对伽马暴起源和爆发形成的中心天体（也称中心引擎）的研究形成了两种理论。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。另一种理论认为，伽马暴的中心引擎可能是一颗高速自转且具有极强磁场的中子星（即磁陀星），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。
研究团队介绍，要确定伽马暴的中心引擎究竟是哪一种并非易事，科学家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，可能暗示自转周期短至毫秒的磁陀星作为中心引擎的可能性。但这些假设仍然缺乏直接的观测证据来验证。
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▲“怀柔一号”极目(GECAM)卫星在轨观测高能爆发天体艺术图
2023年3月7日，全球许多望远镜探测到一例非常明亮而特殊的伽马暴，编号为GRB 230307A，为伽马暴中心引擎的研究带来新曙光。
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▲GRB 230307A的X射线光变曲线以及磁陀星作为中心引擎的模型拟合
虽然其主暴的持续时间较长，表面上属于长伽马暴范畴，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。
研究团队通过对“莱娅”和极目卫星联合获得的覆盖从X射线到伽马射线宽波段数据的深入分析发现，GRB 230307A瞬时辐射的性质支持该伽马暴起源于致密星的并合。
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▲“莱娅”和极目卫星联合探测到的GRB 230307A的多波段光变曲线和能谱
值得关注的是，该伽马暴在伽马射线和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X射线波段外推的结果存在显著差异。特别是在伽马射线辐射消失后，X射线波段显现出由磁陀星驱动的辐射成分。
“莱娅”负责人、中国科学院国家天文台正高级工程师凌志兴表示：“‘莱娅’作为‘天关’卫星万星瞳载荷的一个实验模块，其随空间新技术试验卫星发射升空具有重大意义，它为万星瞳载荷提供了在轨验证试验的机会，确保了万星瞳在实际运行中能够达到预期的性能。”
极目卫星首席科学家、中国科学院高能物理研究所研究员熊少林表示：“这是极目卫星继精确测量千年一遇的最亮伽马暴之后发现的又一个极端明亮的伽马暴。而且，这个重要伽马暴首先由极目卫星发现并及时向国际天文界通报，从而开启了全球范围内的联合观测。”
相关论文信息：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae401
来源：中国科学报（2024年12月23日第1版 要闻）
责任编辑：刘映含