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美國科學家在天體碰撞信號中發現振蕩,啟示中子星研究新方法
作為宇宙中迄今觀測到的最劇烈的天體爆發現象,伽馬射線暴(或伽瑪射線暴)產生的細節仍然迷霧重重。甚至有研究稱,它與奧陶紀生物大滅絕有關。

2023年1月10日凌晨,在線發表在國際學術期刊《自然》(Nature)上的一篇論文報告了在兩個短伽馬射線暴中探測到的振蕩信號——高頻的準周期振蕩信號(quasiperiodic oscillations,QPOs)。
該論文的標題是《短伽馬射線暴中的千赫茲準周期振蕩》(Kilohertz quasiperiodic oscillations in short gamma-ray bursts)。
論文的通訊作者是美國馬里蘭大學帕克分校天文學系副研究員、美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心訪問科學家塞西莉亞·奇倫蒂(Cecilia Chirentii)。
9日,塞西莉亞向澎湃科技表示,這些信號可以幫助我們了解伽馬射線暴是如何產生的,以及中子星是由什么組成的,它們是如何合并的。
一顆中等規模的恒星(質量大約是太陽的8-20倍)生命結束發生爆炸后,剩余物質坍縮成的致密核,可能成為“奇異”的中子星。
塞西莉亞表示,一般人們認為,持續時間不到2秒的是短伽馬射線暴,超過2秒的是長伽馬射線暴。但這并不是一個嚴格的定義。短伽馬射線暴被認為是由兩個中子星合并產生的,而長伽馬射線暴是由大質量恒星的超新星爆發產生的。
但伽馬射線暴領域還有很多問題需要研究。塞西莉亞向澎湃科技表示,比如,中子星合并形成短伽馬射線暴過程的細節是什么?這種情況多久發生一次?中子星和黑洞的合并也能產生短伽馬射線暴嗎?
兩顆恒星通過重力作用合并成一個較大天體的過程被稱為恒星碰撞。短伽馬射線暴的產生與此有關。
雖然上述過程也會產生引力波信號,但塞西莉亞表示,現有的引力波探測器在高頻 (>1kHz) 范圍不夠靈敏,無法探測到相關信號。
中國科學院高能物理研究所官網援引的王紫陽等人發表的文章介紹稱,如果一個系統的質量分布不對稱地運動,那么時空變形就會以波紋的形式向外傳播,這就是引力波。雙星系統會輻射引力波。
數值模擬表明,超大質量中子星可能為碰撞所致的伽馬射線暴引入振蕩。而塞西莉亞和同事們就是在尋找這樣的信號。
通過對存檔數據中超過700次觀察結果的篩查,他們在康普頓伽馬射線天文臺的觀測數據中找到兩個這樣的信號。相關伽馬射線暴都很短,持續約10毫秒,包含兩個振蕩頻率:~2.7kHz和~1kHz。
該論文稱,對這些高頻準周期振蕩信號的探測,為研究中子星合并中的動力學和引力提供了一個潛在的強大的新工具。
此外,值得注意的是,在伽馬射線暴天文學領域,中國學者也不斷取得研究成果。
據南京大學天文與空間科學學院官網消息,“在以往的研究工作中,盡管人們多次嘗試,但仍未確認伽馬暴瞬時輻射階段存在重復性時間序列(如準周期信號)的證據。”國際空間站的大氣-空間相互作用監視器 (ASIM)在磁陀星伽馬暴的高能爆發觀測數據中,在亞毫秒時間尺度上,分辨出了準周期信號的時間結構,分別為2 kHz和4 kHz兩個高頻準周期信號。這些信號不僅對于研究磁陀星在超級耀發階段的性質有至關重要的作用,而且還可用于研究其磁場變化、星震等現象。相關論文于2021年12月22日在線發表在國際學術期刊《自然》上。“南京大學張彬彬老師和博士生彭宗開參與本次國際合作研究。”
據南京大學科學技術處官網消息,南京大學研究團隊發現史上最短的II型伽馬射線暴。相關論文以南京大學為第一作者單位和第一通訊單位,于2021年7月26日在線發表于國際學術期刊《自然?天文學》上。“南京大學張彬彬老師和內華達大學張冰老師為該文的通訊作者,南京大學研究生劉子科和彭宗開為該論文的共同第一作者,北京大學、河北師范大學、廣西大學、云南天文臺、西班牙安達盧西亞天體物理研究所、中國科技大學等多位專家學者共同參與了這一研究工作。”
據中國科學院高能物理研究所官網消息,2022年10月9日21時17分(北京時間),高海拔宇宙線觀測站(LHAASO,拉索)、高能爆發探索者(HEBS)和慧眼衛星同時探測到迄今最亮的伽馬射線暴,比以往人類觀測到的最亮伽馬射線暴亮了10倍以上。這些觀測結果打破了多項伽馬射線暴觀測的記錄,對于揭示伽馬射線暴的爆發機制具有重要價值。
據南京大學微信公眾號消息,2022年12月8日,南京大學天文與空間科學學院張彬彬領銜的研究團隊在全球頂級科研期刊《自然》(Nature)上發表論文,發現了一例觀測上具有特殊意義的伽馬射線暴GRB 211211A,通過詳盡的數據分析,指出其前身星可能為中子星-白矮星并合系統。這是首次發現爆發時間遠超短暴典型時間的致密星并合起源的長伽馬暴,也是首次發現來自長暴的千新星。





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