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南大學者參與發現雙中子星并合形成磁星

2019-04-13 07:25:33
來源:中國新聞網
本項目伽馬射線射線波段的數據來自美國NASA費米衛星。NASA
本項目伽馬射線射線波段的數據來自美國NASA費米衛星。NASA

  南大學者參與發現雙中子星并合形成磁星 來自66億光年外一束光

  中新網南京4月12日電(記者 申冉 通訊員 齊琦)12日,記者從南京大學獲悉,在《自然》雜志于近日發表的題為《A magnetarpowered X-ray transient as the aftermath of a binary neutron-star merger》(雙中子星并合形成的磁星所驅動的X射線暫現源)文章中報道,科學家證實雙中子星并合可形成磁星,并發現了距離地球66億光年外由該磁星所驅動的X射線短時標輻射(或稱X射線暫現源),該發現證明雙中子星并合后并非只產生黑洞,還有另種可能。南京大學天文與空間科學學院羅斌教授和張彬彬副教授共同參與該研究。

張彬彬研究小組布置在南大天文與空間科學學院機房的計算集群。被采訪者供圖
張彬彬研究小組布置在南大天文與空間科學學院機房的計算集群。被采訪者供圖

  4月10日21時,天文學家公布了人類史上首張黑洞照片,引發全球轟動。近年來,天文學界普遍認為,這類恒星級的黑洞一般來源于大質量恒星演化到末期的劇烈塌縮或兩個致密天體(如兩個中子星)的并合過程,其中,后者往往伴隨著短伽瑪射線暴和引力波的暴發。

  但雙中子星并合后的直接產物是否僅是黑洞?一直以來尚無定論。

遙遠宇宙中神秘磁星的假想圖。王國燕、何聰合成圖
遙遠宇宙中神秘磁星的假想圖。王國燕、何聰合成圖

  實際上,確實有學者對此提出質疑。早在2006年,南京大學的戴子高教授等人曾提出另一種觀點,兩個中子星并合成一個質量更大的中子星,一般這類中子星會帶有強大的磁場(是地球磁場的上億倍甚至上千萬億倍)和較快的自轉(周期為毫秒量級),通常被稱為大質量毫秒磁星(簡稱磁星)。但該觀點通過已有的天文觀測一直未曾證實。

  據羅斌教授介紹,如果兩個中子星的并合產物是磁星,其所驅動的X射線輻射在空間分布是各向均勻的,若觀測者視線方向與短伽瑪射線暴噴流方向夾角較大,將預期看到一個沒有對應的短伽瑪射線暴、光變曲線具有特征平臺的X射線暫現源,“這類天體就是雙子星并合產生磁星的有力證據。”

XT2的X射線特征光變曲線(左上)與圖像(下)及其相對寄主星系的位置(右上) 申冉 攝
XT2的X射線特征光變曲線(左上)與圖像(下)及其相對寄主星系的位置(右上) 申冉 攝

  由于中子星距離地球非常遙遠,要想觀測到雙中子星合并的壯麗景象,尤其是X射線爆發信號,必須借助靈敏的太空望遠鏡。

  據介紹,現今世界上最先進的X射線探測器之一的錢德拉空間望遠鏡,在1999年到2016年間曾陸續對天空中精心選出的一小片僅有約1/4滿月大小的區域拍攝了102次,總計曝光7百萬秒。

  此次研究團隊在分析該系列巡天觀測的數據時,在其中一個完成于2015年3月的觀測里發現了以前只存在理論猜想中的新型X射線信號,這也證實了雙中子星并合直接產物可以是磁星。

  據南京大學天文與空間科學學院高能天體物理與宇宙學課題組的張彬彬副教授解釋,最初,研究團隊發現了一個新型的X射線暫現源(稱為CDF-SXT2,簡稱XT2),其X射線輻射僅持續了約7個小時,距離地球約66億光年遠。

  為了證實該源是否存在更高能伽瑪射線暴?張彬彬副教授利用第一手的費米衛星、INTEGRAL衛星等觀測到的數據對該源在伽波段的可能輻射開展了多范圍、高精度的搜索,最終證實該源沒有對應的短伽瑪射線暴對應體,并給出了嚴格的觀測上限。這一結論對于理解該源的物理本質具有關鍵作用。

  該項研究由包括南京大學在內的國內外多個單位和研究機構合作完成,得到了國家自然科學基金、科技部973計劃、中科院前沿科學重點研究計劃項目等資助。(完)

編輯:顧名篩
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