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慧眼卫星又出新成果

证认快速射电暴来自磁星

来源:中国纪检监察报  作者:本报记者 初英杰

图为慧眼卫星观测磁星爆发。
(中科院高能所供图)

2月19日,中国慧眼天文卫星团队在北京宣布,慧眼(HXMT)卫星观测到与快速射电暴同时产生的磁星X射线暴。

这一发现,与国际上其它望远镜的观测一起,证明快速射电暴可以起源于磁星爆发,部分破解了快速射电暴的起源之谜,并为理解快速射电暴的辐射机制和磁星的爆发机制提供了至关重要的数据。

该成果于北京时间2月19日在线发表在国际著名期刊《自然·天文学》。

本研究工作主要由中国科学院高能物理研究所(高能所)、北京师范大学、美国内华达大学、清华大学等单位完成。

慧眼卫星首席科学家、高能所研究员张双南介绍,慧眼卫星发现首个跟神秘的快速射电暴相关联的X射线暴,确认其来自银河系内的磁星SGR J1935+2154,并在国际上首先证认该X射线暴包含的两个X射线脉冲是快速射电暴的高能对应体。

据介绍,快速射电暴(Fast Radio Burst,简称FRB)是2007年发现的神秘的天文现象,持续时间只有几毫秒,其起源和产生机制是当今天文学最大的谜题之一。科学家猜测了50多个起源模型,其中包括黑洞起源、磁星起源等,也有科学家将其与外星文明信号相关联。要弄清快速射电暴产生的原因,关键有两点:第一是要找到其对应的天体,第二是看到快速射电暴在其它波段的辐射,限制其物理机制。

2020年4月,全球多个卫星探测器观测到一个亮度极高的快速射电暴,这个快速射电暴被命名为FRB 200428。据推算,其方向与银河系内的磁星SGR J1935+2154方向大概一致,其距离也跟这颗磁星大致相符,因此很有可能起源于这颗磁星。

磁星是表面磁场强度为地球磁场强度百万亿倍以上的中子星,在活跃期间会出现剧烈的X射线暴发,因此很多理论家认为它们也可以产生快速射电暴。

2020年4月中旬,SGR J1935+2154进入了一个新的活跃期,开始出现频繁的X射线暴发。在这种情况下,慧眼卫星调整了既定的观测计划,对这颗磁星进行了长时间定点观测。在FRB 200428之前约8.6秒,慧眼卫星探测到了来自这颗磁星方向的一个极亮的X射线暴发,它同时也被欧洲的INTEGRAL卫星、俄罗斯的KONUS-WIND探测器和意大利的AGILE卫星监测到。这个时间差别正好与恒星际物质对射电信号的延迟相当,说明X射线暴和快速射电暴起源于同一次爆发。此外,慧眼卫星基于独特的准直器设计,对X射线暴进行了高精度定位,从而证明了该X射线暴和快速射电暴都来自这颗磁星。

这是人类首次确认快速射电暴的起源天体,也是首个起源于银河系内的快速射电暴。对于理解快速射电暴的物理本质而言,这是一个重要的里程碑。

“这证明了至少磁星可以产生快速射电暴,对于理解快速射电暴的产生和辐射机制具有关键作用。”张双南说,“从现有研究看,磁星上很难存在生命体。”

关于FRB 200428的相关研究成果,被英国《自然》杂志评为2020年十大科学发现之一,也被美国《科学》杂志列入2020年十大科学突破。

这次对该磁星和快速射电暴的观测,体现了慧眼卫星作为空间天文台的强大科学能力。

跟其它高能天文卫星的观测数据相比,我国的慧眼卫星对FRB 200428的观测数据统计性最好、能区覆盖最宽,提供了最为丰富、精细的时变和能谱信息。慧眼卫星是国际上独立定位了该X射线暴的两颗天文卫星之一,定位精度远远高于探测到FRB 200428的两个射电望远镜的精度。慧眼卫星还是唯一给出了暴发期间X射线能谱详细演化的设备,发现该X射线暴峰值处的X射线能谱和其它时间段暴的能谱显著不同,同时也与绝大多数的磁星X射线暴明显不同。

慧眼卫星是我国第一颗空间X射线天文卫星。自2017年6月15日发射升空以来,慧眼卫星已在轨稳定运行超过3年半,并在黑洞、中子星等研究方面取得一系列重要成果。(本报记者 初英杰)

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