中国科学家提出伽马射线暴新起源并在《自然》发表

最新 12 月 11 日消息，据央视新闻报道，伽马射线暴（Gamma-ray Burst，简称 GRB），又称伽马暴，是遥远星系里发生的高能射线，它在一秒钟内释放的能量，相当于太阳大约 50 亿年所释放的能量总和，被称为宇宙中最强大的事件。中国科学家本周提出伽马射线暴的起源新模型在国际学术期刊《自然》发表，研究结果挑战了既往的观点。

据南京大学天文与空间科学学院网站，太阳一秒钟释放的能量大概可供人类使用几十万年。自宇宙诞生以来，有一类天体事件居然可以在一秒钟释放出太阳毕生的能量总和，它就是最猛烈的天体爆发现象 -- 伽马射线暴。

12 月 8 日，南京大学天文与空间科学学院张彬彬教授研究团队领衔在全球顶级科研期刊《自然》发表论文"A long-duration gamma-ray burst with a peculiar origin"。该团队发现了一例观测上具有特殊意义的伽马射线暴 GRB 211211A，通过详尽的数据分析得出这一长伽马暴与千新星成协的证据，并原创性地提出了这一事件背后的特殊物理起源，指出其前身星可能为中子星-白矮星并合系统。

伽马射线暴是来自宇宙深处的一种伽马射线辐射突然增强并快速衰减的爆发现象。自 1967 年被人类首次发现以来，伽马射线暴的观测样本已有近万个。通过对这些大样本的统计，人们发现，伽马射线暴的持续时间覆盖了从数毫秒到数千秒的范围，其分布以两秒为界呈现出显著的双峰结构。因此伽马射线暴被分为短暴和长暴，其典型持续时间分别在 0.5 秒和 25 秒左右。

最新了解到，长短暴的物理起源一直是天文学家争论的焦点。南京大学张彬彬教授研究团队近日发表于《自然》期刊的论文揭示了一例特殊物理起源的长伽马射线暴事件，进一步证明了伽马暴起源的多样性。

据介绍，这一特殊的伽马暴事件编号为 GRB 211211A。其独特之处在于，它虽是一个长暴，却与千新星有明确的关联。该研究团队首先对它的瞬时辐射数据做了详尽的分析，发现它的光变曲线由一个 13 秒的主要爆发阶段和一个 55 秒的延展辐射阶段组成。其延展辐射特征与以往的"尾巴辐射"明显不同，呈现显著的高能辐射且能谱峰值能量远高于硬 X 射线的能量范围。这就意味着，人们无法像以前一样通过"冰山效应"将其解释为内秉的短暴，只能将其确定无疑地归类为长暴。然而，这一伽马暴的其它瞬时辐射特征、宿主星系特征和超新星缺失都与典型长暴的特征不符，却出奇地与致密星并合起源的短暴高度一致。南京大学张彬彬教授研究团队通过多波段观测数据寻找到了千新星辐射存在的证据，从而一锤定音地确定了 GRB 211211A 的并合起源。这是首次发现爆发时间远超短暴典型时间的致密星并合起源的长伽马暴，也是首次发现来自长暴的千新星。

GRB 211211A 独一无二的观测特征挑战了科学家们对伽马射线暴前身星系统和中心引擎模型的认知。首先，超新星缺失可以直接排除此暴起源于大质量恒星核坍缩的可能性；其次，主要爆发阶段的 13 秒时长超过了统计上短暴持续时间的上限（9 秒），而理论上中子星-中子星 / 黑洞并合所提供的中心引擎吸积时标也很难达到如此长的时间。该研究团队进一步指出，现有的前身星模型都无法解释此暴独特的观测特征。因此，为解释该持续时间，研究者必须要提出一种新的前身星模型，其前身星系统必须包含密度低于中子星物质密度的致密天体，方可满足中心引擎的吸积时标达到数十秒的要求。此外，这一系统也必须产生足够的中子物质来支持千新星的产生。基于上述分析，新的前身星系统已彰明较著，即白矮星-中子星并合系统。该研究团队认为，白矮星-中子星并合之后产生了一个快速自转、高度磁化的中子星，即磁星。磁星的旋转能和磁能驱动了 55 秒的延展辐射和数千秒的 X 射线平台辐射，并为千新星提供了额外的能量注入。该研究团队首次提出这一方案来解释 GRB 211211A，并指出其能够自洽且完整地符合该暴的所有观测特征。未来的低频引力波探测器有望证实这种前身星系统的存在。