中國天文學家發現首例磁星驅動的X射線暫現源

中國天文學家發現首例磁星驅動的X射線暫現源


中國科學院國家天文台訪問研究員、美國內華達大學張冰教授和太空科學研究部高能天體物理組孫惠博士,共同參與了一項發現首例雙中子星並合形成的磁星所驅動的X射線暫現源的研究。該項研究證實了雙中子星並合的直接產物可以是大質量毫秒磁星,有力地限制了中子星物態方程與磁場強度等基本物理。

重力波事件GW 170817及其電磁對應體的發現證實了雙中子星合併可以產生短伽馬射線暴(下稱短暴)。雙中子星並合的產物由中子星的質量以及其物態方程決定,當中子星的物態方程足夠硬時,部分雙中子星並合事件會產生快速旋轉的強磁場的超大質量的中子星(即毫秒磁星,磁場強度達到10^14 -10^16高斯)。張冰教授和孫惠博士早在2013年和2017年就發表了兩篇文章,預言了毫秒磁星在減速自轉的過程中會產生各向同性的X射線輻射。美國雨燕(Swift)衛星觀測發現相當一部分(近五成)的短暴的X射線餘輝存在平台期,這被認為是磁星作為短暴中心引擎的證據。事實上,由於伽瑪暴的集束效應,應該有更多的不伴隨短暴的X射線暫現源。受目前X射線探測條件的限制,這樣獨立的X射線暫現源事件之前從未發現。

薛永泉研究組在迄今為止最深、最靈敏的X射線巡天:七百萬秒錢德拉南天深場(7Ms CDF-S)裡發現了一個新型的X射線暫現源(稱為CDF-S XT2,簡稱XT2;其X射線輻射僅持續了約7個小時),其紅移為0.738。觀測數據與理論分析顯示XT2的光變曲線具有從平台期(即光度基本不變)到下降期(光度隨時間t成-2次方冪律衰減)快速演化的特徵形狀,與理論預言的大質量毫秒磁星產生的X射線輻射完美吻合。孫惠博士參與估算的類似XT2的暫現源事件發生率被修正到位於近鄰宇宙裡的值時,其與由第一例雙中子星並合重力波事件GW170817導出的雙中子星並合發生率相符,從而進一步支持了XT2的雙中子星並合起源。包括寄主星系等多種論據一致表明,XT2是首例雙中子星並合形成的磁星所驅動的X射線暫現源,且其沒有對應的短伽瑪射線暴。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《自然》期刊

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