天文学家将宇宙辉光归因于垂死恒星的碰撞

几十年来，天文学家通过伽马射线爆发探测到了两颗中子星的碰撞，伽马射线爆发可以在不到两秒的时间内消失。但其中一些剧烈碰撞可以通过持续几分钟的 X 射线闪光来暴露自己。 《科学公报》发表的一项新研究为这种联系提供了明确的证据，表明中子星合并可能隐藏在起源尚不清楚的宇宙耀斑中。

自2024年1月爱因斯坦探测器卫星发射以来，天文学家已经发现了数百个来自遥远星系的X射线耀斑。其中一些闪光与大质量恒星的死亡有关，但其他闪光仍然未知。在不知道它们的距离和能量的情况下，天文学家很难确定它们的产生原因。

Eleonora Troya 教授小组的研究人员在欧洲研究理事会 (ERC) 综合基金的支持下，获得了对于确定这种 X 射线跃迁来源非常重要的观测结果。在收到爱因斯坦探测器卫星的警报后，该团队迅速组织了其他望远镜的观测，包括甚大望远镜（VLT）和甚大阵列，以研究爆炸的后果。他们相信，他们目睹了两颗中子星碰撞（或合并）引起的磁性的诞生。

带记录持续时间的 X 射线闪光

中子星是非常致密的恒星体，是在大质量恒星生命终结时形成的。当两颗中子星碰撞时，它们会向太空发送引力波。这些事件的光芒显示了碰撞留下的痕迹。

短期伽马射线暴长期以来一直是这些事件的主要标志。 “然而，如果碰撞的残余物是磁性的，它可能会爆炸很长时间，”特罗亚教授说，他是欧洲爱因斯坦合作组织的成员，也是该论文的合著者。 “磁铁使中子星旋转，产生巨大的磁场。当它们向周围泵送磁力时，它们可以使每次爆发变得更亮、持续时间更长。当我看到这个新事件的 X 射线数据时，我知道出事了。”

该事件被称为 EP250704a/GRB 250704B，于 2025 年 7 月 4 日由 SVOM、Insight-HXMT 和爱因斯坦探测器卫星发现。它的伽马射线爆发持续了大约半秒，而爱因斯坦的人造火箭记录了大约十分钟的明亮X射线。 “这是有史以来观测到的中子星合并中最长的瞬态 X 射线耀斑，”在智利使用 VLT 进行后续观测的研究生尼科洛·帕萨勒瓦 (Niccolo Passaleva) 说。 “这是一个站在宇宙最强大力量最前沿并发现其最大奥秘的机会。”

恒星碰撞的新窗口

多年来，该团队一直在寻找快速 X 射线跃迁与中子星合并之间的联系，但之前的候选者在提供决定性答案之前就放弃了。这次帕萨莱瓦在几分钟内做出了反应，并在爆炸发出的光线仍然足够亮以进行详细研究时开始观察。 “当时我正乘火车回家，”帕萨勒瓦回忆道，“突然我争分夺秒地用笔记本电脑控制了世界上最大的望远镜之一。”

帕萨勒瓦和她的同事使用 VLT X-Shooter 仪器将光分成不同的成分，并确定了一个清晰的吸收模式，其位置揭示了爆发与地球的距离，即红光。测量的红移 z=0.6610 表明，爆炸早在太阳及其行星形成之前就发生了，爆炸发出的光在到达我们之前传播了超过 60 亿年。

然后，该团队使用 VLT 的 FORS2 仪器的深层图像来寻找一颗明亮的超新星，这是一颗爆炸的恒星，预计会伴随大质量恒星坍塌引起的持久 X 射线耀斑。没有找到。距离测量、超新星的缺失以及爆炸的特性共同为中子星合并提供了强有力的证据。

帕萨莱瓦总结道：“找到更多的X射线耀斑有助于揭示中子星合并产生磁星的频率。我对下一波引力波观测感到兴奋，届时我们最终可以将其中一个X射线耀斑与来自同一来源的引力波爆发配对。”

附加信息

这项研究是由天文学家的国际合作进行的。主要作者为：李安（北京师范大学）、王晨伟（中国科学院）、Niccolo Passaleva（罗马第二大学）、安杰（中国科学院）。

通讯作者: 张斌斌 (南京大学), Eleonora Troya (罗马大学), 殷一涵 (香港大学), 胡静伟 (中国科学院), 李华丽 (中国科学院)

本研究中使用的 VLT 观测是作为更大的 114.27LW（PI：Eleonora Troja）计划的一部分进行的，该计划名为“QUEENB：对难以捉摸的中子星和黑洞合并的探索”。