本报讯 近日,中国科大物理学院天文系薛永泉教授研究组领衔的一项研究,发现了首例双中子星并合形成的磁星所驱动的X射线暂现源,观测到一个持续约7小时的独特X射线辐射信号,这个信号来自约66亿光年外。该成果于4月11日在线发表在国际权威期刊《自然》上。研究证实了双中子星并合直接产物可以是大质量毫秒磁星,明确了一系列关于中子星物态方程与极高磁场强度等基本物理规则条件,进而深化了对中子星基本属性的认识,也证实了之前的理论预言。

遥远宇宙中神秘磁星的假想图
(图像创作:王国燕 何聪)
中子星是大质量恒星演化后期发生超新星爆炸以后形成的致密天体,是宇宙中最为神奇的天体之一。它几乎全部由中子组成,具有超高密度(即核密度,为水密度的上亿倍)、超强磁场(为地表磁场的上亿倍)等极端物理属性,是检验基本物理规律极佳的天然实验室。然而,迄今为止,人们对于中子星自身基本属性(例如物态方程)的认识还是相对模糊的。
双中子星并合的直接产物除了黑洞之外是否还可能是中子星,一直以来尚无定论。早在2006年南京大学戴子高教授领衔的一项理论研究就预言,如果中子星物态方程足够硬,即压强随着核密度变大而显著增加,则至少应有一些双中子星并合事件在产生引力波暴的同时,会产生大质量毫秒快转的极强磁场中子星(即毫秒磁星,其磁场为地表磁场的上百万亿倍;如图)或者甚至是稳定的中子星。由于磁星所驱动的X射线辐射基本各项同性,因而如果观测视线与其喷流(会产生短伽玛射线暴)方向夹角较大时,我们将预期看到一个没有对应的短伽玛射线暴、光变曲线具有特征平台期的X射线暂现源,然而这样的天体却从未被发现。
薛永泉教授等人在迄今为止最深、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,即距离我们约66亿光年远。观测数据与理论分析显示表明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。
论文第一兼通讯作者为薛永泉教授,其硕士研究生郑学琛与美国内华达大学张冰教授为共同通讯作者,北京大学李晔博士与紫金山天文台吴雪峰研究员等人为主要作者。
(物理学院天文系 中科院星系宇宙学重点实验室 科研部)