“天关”卫星发现125亿光年外的伽马暴

 

1月23日，刚刚入选“两院院士评选2024年中国十大科技进展新闻”的“天关”卫星又传来好消息，其重磅科学发现登上《自然-天文学》。

“天关”卫星探测EP240315a的艺术想象图。中国科学院国家天文台供图

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最新发表的论文报道，“天关”卫星成功捕捉到一例神秘的快速X射线暂现源。经全球多家科研机构、多台望远镜的观测分析，科学家确认，这一伽马暴来自125亿光年以外的早期宇宙。这是人类首次探测到来自宇宙早期爆发的软X射线信号。

“天关”卫星首席科学家、中国科学院国家天文台研究员袁为民告诉《中国科学报》：“这只是一个开始，充分展现了‘天关’卫星探测早期宇宙爆发的潜力。”

刚“睁眼”就有新发现

“天关”卫星由中国科学院主导，携手欧洲航天局、德国马普地外物理研究所及法国国家空间研究中心共同打造。中国科学院微小卫星创新研究院、上海技术物理研究所与国家天文台、高能物理研究所分别负责卫星平台及两台载荷研制，北方夜视科技研究院集团有限公司则负责“龙虾眼”光学器件的研制。

“天关”卫星上搭载了一台宽视场X射线望远镜“万星瞳”（WXT，也称“龙虾眼”）和一台后随X射线望远镜“风行天”（FXT）。其中，WXT负责广域监测宇宙中出没无常的X射线暂现源，FXT负责对WXT发现的暂现源做更为精细、深入的后随观测。

论文共同第一作者、中国科学院国家天文台研究员刘元为《中国科学报》讲述了这一发现的过程。在2024年1月9日“天关”发射两个多月后，2024年3月15日20时10分44秒，WXT以敏锐的“目光”和宽达3600平方度的广阔视野，在软X射线波段捕捉到一例爆发事件的微弱脉冲信号。该爆发被命名为EP240315a，其亮度存在快速波动且持续超17分钟后才逐渐消失。

刘元设计了WXT的星载触发软件，因此有幸见证了这一算法完美运行的时刻。

“‘天关’刚‘睁眼’就发现了新奇现象，未来定有更多惊喜。”对此，欧洲航天局“天关”卫星项目科学家Erik Kulkkers满怀期待。

引发全球关注

EP240315a的发现立刻引发了全球天文学家的关注。

科研团队介绍，在探测到该爆发的X射线信号1.1小时后，位于南非的ATLAS望远镜探测到其快速衰减的光学对应体。后续通过位于美国夏威夷的双子星北望远镜和位于智利的甚大望远镜观测，科学家确认这一爆发源自遥远的早期宇宙，其发生时宇宙年龄仅为现在的10%，信号花费了125亿年才抵达地球。

令人振奋的是，这是人类首次探测到来自宇宙早期爆发的软X射线信号。科学家通常用“软”“硬”来区分X射线信号的能量，能量较低的称为软X射线，能量较高的则称为硬X射线。

随后，意大利罗马第二大学的Roberto Ricci启动了对EP240315a的长期射电波段监测，并借助澳大利亚望远镜紧凑阵列进行观测。为期3个月的射电观测证实，EP240315a能量输出符合伽马射线暴特征。

特别之处谜团依旧

与此同时，科学家对EP240315a的来源进行了深入思考。伽马射线暴是已知宇宙中最强的爆发现象之一，通常由大质量恒星爆炸产生。后续分析发现，EP240315a与名为GRB240315C的伽马射线暴相关，后者被美国国家航空航天局的探测器Swift-BAT和俄罗斯的探测器Konus-Wind探测到。

“不少快速X射线暂现天体可能与伽马射线暴相关，而像‘天关’卫星这样的灵敏监测器能精准定位它们。”Roberto Ricci表示。

不过，谜团依旧存在。科学家认为，EP240315a与其他伽马射线暴有不同之处。论文共同第一作者、中国科学院国家天文台副研究员孙惠介绍，一般情况下，X射线比伽马射线提前几十秒出现，但EP240315a却提前了6分多钟，“如此长的延迟前所未见”。

“EP240315a为我们带来了全新认知，或许我们要重新思考伽马射线暴模型。”论文共同通讯作者、北京师范大学教授高鹤说。

在能量分布方面，科学家们使用“吸收幂律模型”分析WXT捕捉到的瞬间辐射的完整光谱。他们还将WXT记录的信号变化曲线分成了6个不同的脉冲阶段，并对每个阶段都进行了光谱分析。

结果表明，随着伽马暴事件的发展，光谱会发生变化，在辐射强度较高的时期，光谱会变得更“硬”。也就是说，高能量的X射线成分会相对增多。这一结果对进一步理解伽马射线暴如何释放能量至关重要。

在科学家们看来，EP240315a观测成果不仅丰富了对宇宙早期伽马射线暴的认识，更为探索宇宙起源与演化提供了全新的视角和研究方向。

“这一国际合作研究表明，‘天关’卫星将在高能时域天文领域的全球协同观测和合作中发挥关键作用。”论文共同通讯作者、中国科学院紫金山天文台研究员吴雪峰指出。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41550-024-02449-8

《中国科学报》(2025-01-24第1版要闻)   特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。