清華新聞網(wǎng)2月18日電 日前,，“天格計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)完成了對(duì)伽馬射線暴（Gamma-Ray Burst，簡(jiǎn)稱伽馬暴）事例GRB 230812B的科學(xué)分析,，揭示了一個(gè)持續(xù)時(shí)間異常短,，卻與超新星成協(xié)的特殊伽馬暴事例，為了解II型伽馬暴的多樣性提供了全新視角,。
該研究工作以“跨越長(zhǎng)短之界：天格計(jì)劃探測(cè)到超新星相關(guān)的3秒短伽瑪暴GRB 230812B”（Bridging the Gap: GRB 230812B—A 3s Supernova-associated Burst Detected by the GRID Mission）為題,，于1月17日在線發(fā)表于美國(guó)《天體物理學(xué)報(bào)》（Astrophysical Journal）。
同時(shí),，GRB 230812B是迄今為止第三明亮的爆發(fā),，而得益于觀測(cè)角度與適宜的有效面積，“天格計(jì)劃”的5號(hào)衛(wèi)星載荷（GRID-05B）是唯一觀測(cè)到該爆發(fā)完整未飽和觀測(cè)數(shù)據(jù)的伽馬暴探測(cè)器,，亦使得GRB 230812B成為首個(gè)“以‘天格計(jì)劃’數(shù)據(jù)為主導(dǎo)”完成科學(xué)分析的伽馬暴,。
伽馬暴是宇宙大爆炸之后最劇烈的爆炸現(xiàn)象。目前的伽馬暴起源模型將伽馬暴分為兩類：兩秒及以上的長(zhǎng)暴起源于與超新星相關(guān)的大質(zhì)量恒星的坍縮；而不到兩秒的短暴起源于兩顆極端致密天體,，例如中子星,、黑洞等的并合，并通常同時(shí)發(fā)出引力波,。
2023年8月12日,，一次來自宇宙的壯麗“煙花”打破了沉寂?！疤旄裼?jì)劃”的5號(hào)衛(wèi)星載荷（GRID-05B）成功捕捉到這次代號(hào)為GRB 230812B的伽馬暴事例（圖1）,。隨后的觀測(cè)證實(shí)這次爆發(fā)來自紅移為0.36的一顆超新星。
圖1.GRB 230812B光變曲線和持續(xù)時(shí)間,。自上而下為費(fèi)米衛(wèi)星,、極目衛(wèi)星和天格載荷GRID-05B的光變曲線。最后一欄是天格載荷的時(shí)間積分光曲線,。由于GRID-05B面積較小,、角度合理，得以在該超亮伽馬暴觀測(cè)中避免數(shù)據(jù)飽和
伽馬暴通常在高能段具有極高亮度,，而GRB 230812B在為迄今為止眾多伽馬暴樣本中第三明亮的爆發(fā),，導(dǎo)致部分正對(duì)它的探測(cè)器在觀測(cè)時(shí)出現(xiàn)了數(shù)據(jù)飽和的情況。然而,，得益于GRID-05B的觀測(cè)角度與適宜的有效面積,，天格探測(cè)器是唯一觀測(cè)到該爆發(fā)完整未飽和觀測(cè)數(shù)據(jù)的伽馬暴探測(cè)器（圖3），這也使得GRB 230812B成為首個(gè)“以‘天格計(jì)劃’數(shù)據(jù)為主導(dǎo)”展開分析的伽馬暴,。
圖2.“天格計(jì)劃”GRID-05B衛(wèi)星載荷在長(zhǎng)光衛(wèi)星MF02A07星安裝示意圖
圖3.GRID-05B觸發(fā)GRB 230812B時(shí)的天區(qū)圖
根據(jù)“天格計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)對(duì)GRID-05B數(shù)據(jù)的分析,，GRB 230812B的持續(xù)時(shí)間僅約3秒，正好處于傳統(tǒng)上將伽馬暴分為長(zhǎng)暴（>2 秒）和短暴（<2 秒）的交界（圖4）,。
圖4.伽馬暴持續(xù)時(shí)間分布圖,。紫色實(shí)線是GRB 230812B的持續(xù)時(shí)間
在能譜方面，研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了由南京大學(xué)張彬彬教授團(tuán)隊(duì)提出的同步輻射模型,，結(jié)果表明GRB 230812B在光譜滯后,、硬到軟的演變等方面均具備典型的大質(zhì)量恒星坍縮型（II型）伽馬暴特征，其輻射半徑也與恒星坍縮場(chǎng)景相符合（圖5）,。
圖5.基于同步輻射模型的擬合結(jié)果,。左為各時(shí)間段的觀測(cè)光子計(jì)數(shù)譜與同步輻射模型對(duì)比；右上為不同能段光變曲線及模型預(yù)測(cè),；右下為峰值能量隨時(shí)間演變示意
GRB 230812B本身持續(xù)時(shí)間短,，但卻與一顆超新星有關(guān)，這就對(duì)傳統(tǒng)觀點(diǎn)（即短伽馬暴僅起源于致密天體合并）提出了挑戰(zhàn),。
事實(shí)上,，GRB 230812B并不是首例持續(xù)時(shí)間異常短的超新星成協(xié)伽馬暴,。2020年曾出現(xiàn)過類似的GRB 200826A。其持續(xù)時(shí)間僅約1秒,，但觀測(cè)上與一顆超新星密切相關(guān),，也同樣起源于大質(zhì)量恒星的坍縮過程。研究團(tuán)隊(duì)推測(cè),，此類暴發(fā)可能歸于某個(gè)“特殊子類”,，它們具有典型坍縮型伽馬暴的物理特征，但在持續(xù)時(shí)間上卻大大短于通常的數(shù)十秒到上百秒,。GRB 230812B的出現(xiàn)恰恰以3秒的持續(xù)時(shí)間證實(shí)了這一預(yù)言,。
“天格計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了其形成機(jī)制，認(rèn)為短持續(xù)時(shí)間很可能源于“中央引擎活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)”與“噴流穿過恒星包層時(shí)間”之間只剩下很小的“凈空窗口”,。換言之,，如果噴流花費(fèi)大量時(shí)間來穿透恒星包層，那么真正釋放到視線方向的伽馬射線就只剩下少量時(shí)間可被觀測(cè),，從而顯現(xiàn)出“極短”的表現(xiàn),。
圖6.（部分）伽馬暴關(guān)系圖。左圖為Amati Relation,，右圖為峰值光度和持續(xù)時(shí)間
GRB 230812B的發(fā)現(xiàn)說明,，在一定條件下，短持續(xù)時(shí)間的伽馬暴未必只能由致密天體合并產(chǎn)生,，大質(zhì)量恒星坍縮也有可能誕生“短暴”,。這為我們了解II型伽馬暴的多樣性提供了全新視角，也提醒我們僅以時(shí)間長(zhǎng)短來劃分伽馬暴類型遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。
清華大學(xué)天文系2022級(jí)博士生,、天格學(xué)生團(tuán)隊(duì)成員王晨宇為論文的第一作者，通訊作者包括南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院張彬彬教授,、中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所馮驊研究員和清華大學(xué)工程物理系曾鳴教授,。
此次成功觀測(cè)到GRB 230812B伽馬暴事例的“天格計(jì)劃”GRID-05B衛(wèi)星載荷，由清華大學(xué)天格學(xué)生團(tuán)隊(duì)研制完成,，并于2023年1月15日搭載長(zhǎng)光衛(wèi)星MF02A07星從太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。
論文鏈接：
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ada934
供稿：工物系
編輯：李華山
封面圖設(shè)計(jì)：賀茂藤
審核：郭玲
