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中国科学家提出伽马射线暴新起源在《自然》发表

时间:2022-12-11 18:09  来源:网络  阅读量:7694 
中国科学家提出伽马射线暴新起源在《自然》发表

据央视新闻报道,伽马射线暴又称伽玛射线暴,是发生在遥远星系的高能射线。它一秒钟释放的能量相当于太阳大约50亿年释放能量的总和,被称为宇宙中最强大的事件。本周,中国科学家提出了伽马射线爆发起源的新模型,并发表在国际学术期刊《自然》上。研究结果对以前的观点提出了挑战。

据南京大学天文与空间科学学院网站介绍,太阳一秒钟释放的能量可以持续几十万年。自从宇宙诞生以来,有一种天体事件实际上可以在一秒钟内释放出太阳一生能量的总和。它就是最剧烈的天体爆炸现象——伽马射线暴。

12月8日,南京大学天文与空间科学学院Vin教授研究团队牵头,在世界顶级科研期刊《自然》上发表了论文《一次起源奇特的持续时间较长的γ射线暴》。该团队发现了一个具有特殊观测意义的伽马射线爆发GRB 211211A。通过详细的数据分析,它获得了这一长伽马射线暴与一千颗新恒星相关联的证据,并首次提出了这一事件背后的特殊物理起源,指出其前身星可能是一颗中子星-白矮星合并系统。

伽玛射线暴是伽玛射线辐射从宇宙深处突然增大并迅速衰减的爆炸现象。自1967年被人类首次发现以来,已经有近万个伽玛射线暴的观测样本。通过对这些大样本的统计,发现伽玛射线暴的持续时间覆盖了从毫秒到数千秒的范围,其分布呈现出显著的双峰结构,边界为两秒。因此,伽马射线暴分为短暴和长暴,它们的典型持续时间分别约为0.5秒和25秒。

它了解到长短风暴的物理起源一直是天文学家争论的焦点。南京大学Vin教授的研究团队近日在《自然》杂志上发表论文,揭示了一个具有特殊物理起源的长伽玛射线暴事件,进一步证明了伽玛射线暴起源的多样性。

据报道,这次特殊的伽马射线爆发事件编号为GRB 211211A。它的独特之处在于,虽然它是一场漫长的风暴,但它与成千上万颗新星有着明确的联系。研究小组首先对其瞬时辐射数据进行了详细分析,发现其光变曲线由一个13秒的主爆发阶段和一个55秒的扩展辐射阶段组成。其扩展辐射特征明显不同于以往的“尾辐射”,表现出显著的高能辐射,能谱峰值能量远高于硬X射线的能量范围。这意味着人们不能像以前那样通过“冰山效应”将其解读为内部的短期风暴,而只能肯定地将其归类为长期风暴。然而,这次伽马射线爆发的其他瞬时辐射特征、宿主星系特征和超新星损失都不符合典型长爆发的特征,却与起源于致密恒星合并的短爆发惊人地高度一致。南京大学Vin教授研究团队通过多波段观测数据找到了千新星辐射存在的证据,最终确定了GRB 211211A的合并起源。这是首次发现爆炸时间远远超过超短风暴典型时间的起源于致密恒星合并的长伽马射线风暴,也是首次发现来自长风暴的一千颗新恒星。

GRB 211211A独特的观测特征挑战了科学家对伽玛射线暴的前驱恒星系统和中心引擎模型的认知。首先,没有超新星可以直接排除风暴源于大质量恒星核坍缩的可能性;其次,主爆发相的13秒持续时间在统计学上超过了短爆发持续时间的上限,而中子星-中子星/黑洞合并所提供的中心发动机吸积时间尺度理论上也很难达到这么长的时间。研究小组进一步指出,现有的前驱恒星模型没有一个能够解释这一风暴独特的观测特征。因此,为了解释持续时间,研究人员必须提出新的前驱星模型,其前驱星系统必须包含密度低于中子星的致密天体,才能满足中心机吸积时间尺度可以达到几十秒的要求。此外,这个系统还必须产生足够的中子物质,以支持成千上万颗新恒星的产生。基于以上分析,一个新的前驱恒星系统已经为人所熟知,那就是白矮星-中子星并合系统。研究小组认为,白矮星-中子星合并后,产生了一颗快速旋转、高度磁化的中子星,即磁星。磁星的转动能和磁能驱动55秒的扩展辐射和数千秒的X射线平台辐射,为成千上万的新恒星提供额外的能量注入。研究小组首次提出这一方案来解释GRB 211211A,并指出它可以自洽,完全符合风暴的所有观测特征。未来的低频引力波探测器有望证实这种前驱恒星系统的存在。

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