热点聚焦：美国科学家在天体碰撞信号中发现振荡，启示中子星研究新方法

作为宇宙中迄今观测到的最剧烈的天体爆发现象，伽马射线暴（或伽玛射线暴）产生的细节仍然迷雾重重。甚至有研究称，它与奥陶纪生物大灭绝有关。

2023年1月10日凌晨，在线发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上的一篇论文报告了在两个短伽马射线暴中探测到的振荡信号——高频的准周期振荡信号（quasiperiodic oscillations，QPOs）。

(相关资料图)

该论文的标题是《短伽马射线暴中的千赫兹准周期振荡》（Kilohertz quasiperiodic oscillations in short gamma-ray bursts）。

论文的通讯作者是美国马里兰大学帕克分校天文学系副研究员、美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心访问科学家塞西莉亚·奇伦蒂（Cecilia Chirentii）。

9日，塞西莉亚向澎湃科技表示，这些信号可以帮助我们了解伽马射线暴是如何产生的，以及中子星是由什么组成的，它们是如何合并的。

一颗中等规模的恒星（质量大约是太阳的8-20倍）生命结束发生爆炸后，剩余物质坍缩成的致密核，可能成为“奇异”的中子星。

塞西莉亚表示，一般人们认为，持续时间不到2秒的是短伽马射线暴，超过2秒的是长伽马射线暴。但这并不是一个严格的定义。短伽马射线暴被认为是由两个中子星合并产生的，而长伽马射线暴是由大质量恒星的超新星爆发产生的。

但伽马射线暴领域还有很多问题需要研究。塞西莉亚向澎湃科技表示，比如，中子星合并形成短伽马射线暴过程的细节是什么？这种情况多久发生一次？中子星和黑洞的合并也能产生短伽马射线暴吗？

两颗恒星通过重力作用合并成一个较大天体的过程被称为恒星碰撞。短伽马射线暴的产生与此有关。

虽然上述过程也会产生引力波信号，但塞西莉亚表示，现有的引力波探测器在高频 (>1kHz) 范围不够灵敏，无法探测到相关信号。

中国科学院高能物理研究所官网援引的王紫阳等人发表的文章介绍称，如果一个系统的质量分布不对称地运动，那么时空变形就会以波纹的形式向外传播，这就是引力波。双星系统会辐射引力波。

数值模拟表明，超大质量中子星可能为碰撞所致的伽马射线暴引入振荡。而塞西莉亚和同事们就是在寻找这样的信号。

通过对存档数据中超过700次观察结果的筛查，他们在康普顿伽马射线天文台的观测数据中找到两个这样的信号。相关伽马射线暴都很短，持续约10毫秒，包含两个振荡频率：~2.7kHz和~1kHz。

该论文称，对这些高频准周期振荡信号的探测，为研究中子星合并中的动力学和引力提供了一个潜在的强大的新工具。

此外，值得注意的是，在伽马射线暴天文学领域，中国学者也不断取得研究成果。

据南京大学天文与空间科学学院官网消息，“在以往的研究工作中，尽管人们多次尝试，但仍未确认伽马暴瞬时辐射阶段存在 重复性时间序列（如准周期信号）的证据。”国际空间站的大气-空间相互作用监视器 （ASIM）在磁陀星伽马暴的高能爆发观测数据中，在亚毫秒时间尺度上，分辨出了 准周期信号的时间结构，分别为2 kHz和4 kHz两个高频准周期信号。这些信号不仅对于研究磁陀星在超级耀发阶段的性质有至关重要的作用，而且还可用于研究其磁场变化、星震等现象。相关论文于2021年12月22日在线发表在国际学术期刊《自然》上。“南京大学张彬彬老师和博士生彭宗开参与本次国际合作研究。”

据南京大学科学技术处官网消息，南京大学研究团队发现 史上最短的II型伽马射线暴。相关论文以南京大学为第一作者单位和第一通讯单位，于2021年7月26日在线发表于国际学术期刊《自然•天文学》上。“南京大学张彬彬老师和内华达大学张冰老师为该文的通讯作者，南京大学研究生刘子科和彭宗开为该论文的共同第一作者，北京大学、河北师范大学、广西大学、云南天文台、西班牙安达卢西亚天体物理研究所、中国科技大学等多位专家学者共同参与了这一研究工作。”

据中国科学院高能物理研究所官网消息，2022年10月9日21时17分（北京时间），高海拔宇宙线观测站（LHAASO，拉索）、高能爆发探索者（HEBS）和慧眼卫星同时探测到 迄今最亮的伽马射线暴，比以往人类观测到的最亮伽马射线暴亮了10倍以上。这些观测结果打破了多项伽马射线暴观测的记录，对于揭示伽马射线暴的爆发机制具有重要价值。

据南京大学微信公众号消息，2022年12月8日，南京大学天文与空间科学学院张彬彬领衔的研究团队在全球顶级科研期刊《自然》（Nature）上发表论文，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，指出其前身星可能为中子星-白矮星并合系统。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。

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关键词： 伽马射线