发表在《科学通报》(Science Bulletin)上的一项研究为这种联系提供了强有力的证据。这些发现提出了一种可能性,即一些难以解释来源的神秘宇宙闪光,实际上可能来自中子星的合并。
自2024年1月“爱因斯坦探针”(Einstein Probe)卫星发射以来,天文学家已经从遥远的星系中探测到了数百次明亮的X射线闪光。这些被称为快速X射线暂现源的事件有几种可能的起源。其中一些与大质量恒星的死亡有关,而另一些仍然无法解释。
确定它们的成因可能很困难,因为天文学家通常不知道这些事件发生距离有多远,或者它们释放了多少能量。
一次可能的磁星诞生
在欧洲研究委员会(ERC)巩固基金(Consolidator grant)的资助下,Eleonora Troja教授团队的研究人员获得了有助于确认这样一个X射线暂现源来源的观测数据。
在收到“爱因斯坦探针”卫星的警报后,该团队迅速组织了使用包括欧洲南方天文台甚大望远镜(VLT)和甚大天线阵(VLA)在内的多台仪器进行后续观测。通过研究爆炸后留下的遗迹,研究人员得出结论,他们可能目睹了由两颗中子星碰撞(或合并)产生的磁星的形成过程。
中子星是大质量恒星走到生命尽头时留下的密度极高的恒星残骸。当两颗中子星合并时,它们会产生在太空中传播的引力波。这些事件中产生的光可以帮助天文学家确定碰撞后幸存下来的物质。
传统上,短伽马射线暴是与中子星合并相关的主要电磁信号。
“然而,如果碰撞的残骸是一颗磁星,它可能会持续爆发更长时间,”作为“爱因斯坦探针”欧洲合作团队成员及该论文共同通讯作者的Troja教授说。“磁星是具有巨大磁场的快速自转中子星。当它们将磁能耗散到周围环境中时,可以使任何爆炸变得更亮、持续时间更长。当我看到这个新事件的X射线数据时,我意识到有些不同寻常。”
创纪录的X射线闪光
该事件编号为EP250704a/GRB 250704B,于2025年7月4日由SVOM、“慧眼”(Insight-HXMT)和“爱因斯坦探针”卫星探测到。
其伽马射线暴仅持续了约半秒钟。相比之下,“爱因斯坦探针”记录到的明亮X射线辐射持续了近十分钟。
“这是有史以来从中子星合并中观测到的持续时间最长的瞬时X射线闪光,”在智利使用VLT领导后续观测的研究生Niccolò Passaleva说。“这是一个坐在前排座位见证宇宙最极端力量并发现其更多秘密的机会。”
研究人员花了数年时间寻找快速X射线暂现源与中子星合并之间的确凿联系。之前的候选事件消失得太快,无法提供足够的证据。
这一次,Passaleva在几分钟内做出了反应,使得观测能够在事件仍然足够明亮以进行详细研究时就开始。
“我当时正乘火车回家,”Passaleva回忆道,“突然之间,我就在与时间赛跑,从我的笔记本电脑上征用世界上最大的望远镜之一。”
测量来自60多亿年前的闪光
使用VLT的X-Shooter仪器,Passaleva和他的同事将事件的光分解为其各个独立成分。他们识别出了明显的吸收谱线模式,从而能够测量其红移,这揭示了源头有多远。
该团队测量到其红移值为z=0.6610。这表明该爆炸发生在我们的太阳及其行星形成之前很久。它的光在到达地球之前传播了超过60亿年。
研究人员随后寻找了另一个重要线索。
利用VLT的FORS2仪器进行的深度观测,他们寻找明亮的超新星。如果长时间的X射线闪光是由大质量恒星坍缩产生的,通常预计会出现超新星。
并没有出现超新星。
综合来看,测量的距离、超新星的缺失以及爆发的性质提供了强有力的证据,表明该事件来自中子星的合并。
寻找中子星合并的新方法
如果发现了更多类似这样的事件,天文学家可能就能够确定中子星合并产生磁星的频率。
“寻找更多这类X射线闪光有助于揭示中子星合并产生磁星的频率,”Passaleva总结道,“我对下一轮引力波观测感到非常兴奋,届时我们最终可能会将其中一次X射线闪光与来自同一源的引力波暴配对。”
附加信息
该研究由天文学家的国际合作团队完成。
主要作者包括:李安(北京师范大学)、王晨伟(中国科学院)、Niccolò Passaleva(罗马第二大学)、安杰(中国科学院)
通讯作者包括:张彬彬(南京大学)、Eleonora Troja(罗马第二大学)、殷一涵(Yi-Han Iris Yin,香港大学)、胡景伟(中国科学院)、李华立(中国科学院)
本研究中使用的VLT观测是作为大型项目114.27LW(项目负责人:Eleonora Troja)的一部分进行的,该项目题为“QUEENB:寻找难以捉摸的中子星与黑洞合并(a QUEst for Elusive Neutron star and Black hole mergers)”。