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科研动态

国家天文台科研人员参与发现首例磁星驱动的X射线暂现源

发表日期:2019-04-16来源:放大 缩小

  近日,中国科学院国家天文台访问研究员、美国内华达大学张冰教授和空间科学研究部高能天体物理组孙惠博士,共同参与了一项发现首例双中子星并合形成的磁星所驱动的X射线暂现源的研究。该研究由中国科技大学薛永泉教授研究组领衔完成,于411日在线发表在国际权威期刊《自然》上。该项研究证实了双中子星并合的直接产物可以是大质量毫秒磁星,有力地限制了中子星物态方程与磁场强度等基本物理。 

  引力波事件GW 170817及其电磁对应体的发现证实了双中子星并合可以产生短伽马射线暴(下称短暴)。双中子星并合的产物由中子星的质量以及其物态方程决定,当中子星的物态方程足够硬时,部分双中子星并合事件会产生快速旋转的强磁场的超大质量的中子星(即毫秒磁星,磁场强度达到1014-1016高斯,见图一)。张冰教授和孙惠博士早在2013年和2017年就发表了两篇文章,预言了毫秒磁星在减速自转的过程中会产生各向同性的X射线辐射。美国Swift卫星观测发现相当一部分(近50%)的短暴的X射线余辉存在平台期,这被认为是磁星作为短暴中心引擎的证据。事实上,由于伽玛暴的集束效应,应该有更多的不伴随短暴的X射线暂现源。受目前X射线探测条件的限制,这样独立的X射线暂现源事件之前从未发现。 

  薛永泉研究组在迄今为止最深、最灵敏的X射线巡天——七百万秒钱德拉南天深场(7Ms CDF-S)里发现了一个新型的X射线暂现源(称为CDF-S XT2,简称XT2;其X射线辐射仅持续了约7个小时),其红移为0.738观测数据与理论分析显示XT2的光变曲线具有从平台期(即光度基本不变)到下降期(光度随时间t-2次方幂律衰减)快速演化的特征形状(见图2左上及图2下),与理论预言的大质量毫秒磁星产生的X射线辐射完美吻合。孙惠博士参与估算的类似XT2的暂现源事件发生率被修正到位于近邻宇宙里的值时,其与由第一例双中子星并合引力波事件GW170817导出的双中子星并合发生率相符,从而进一步支持了XT2的双中子星并合起源。包括寄主星系(图2右上)等多种论据一致表明,XT2是首例双中子星并合形成的磁星所驱动的X射线暂现源,且其没有对应的短伽玛射线暴。 

  中国科技大学的薛永泉教授为该论文第一兼通讯作者,该工作由包括国家天文台在内的国内外多个单位和研究机构合作完成。 

  论文地址: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1079-5

  遥远宇宙中神秘磁星的假想图(图像创作:王国燕、何聪)

 

  XT2X射线特征光变曲线(左上)与图像(下)及其相对寄主星系的位置(右上)。 

 

 

 

 

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