一個由中國科學(xué)院紫金山天文臺、意大利國立天體物理研究院、貴州大學(xué)組成的國際合作團隊在短時標(biāo)伽瑪射線暴（簡稱短暴）GRB 070809中新發(fā)現(xiàn)一例千新星候選體，該工作已被《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）在線發(fā)表。
中子星并合過程不但產(chǎn)生強的引力波，也可能產(chǎn)生伽瑪暴、千新星（也稱巨新星）等電磁輻射對應(yīng)體。其中伽瑪暴一般來自于并合形成的黑洞噴射出的極端相對論性噴流，所以和引力波信號的成協(xié)率低；而千新星是由中子星并合過程拋射的超鐵（也就是比鐵重的）元素的放射性衰變所產(chǎn)生的紅外、光學(xué)暫現(xiàn)源，它的輻射大致是各向同性的，和引力波信號的成協(xié)率高。因此千新星是最具探測前景的引力波事件電磁輻射對應(yīng)體，有助于解決“超鐵元素的起源”這一現(xiàn)代宇宙物理學(xué)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題。全靈敏度運行的先進LIGO/Virgo探測器對能產(chǎn)生電磁輻射信號的中子星并合事件的探測紅移不超過0.2，而千新星的探測距離可以更遠，因此在揭示一些較高紅移處的暫現(xiàn)源的中子星并合起源方面將發(fā)揮關(guān)鍵作用。
國際上首例，也是迄今唯一一例引力波與千新星成協(xié)事件為GW170817/AT2017gfo。此后，對引力波事件的電磁對應(yīng)體，尤其是千新星的搜尋熱情空前高漲。例如對中子星黑洞并合事件GW190814，引力波探測器給出了23平方度的準(zhǔn)確定位但宣稱有強的證據(jù)表明此次并合沒有物質(zhì)拋射，國際上8-10米級望遠鏡VLT、Keck、GTC，4米級望遠鏡DES、WHT等都毅然投入了大量時間進行電磁對應(yīng)體的搜索。遺憾的是，LIGO/Virgo的O3運行期已過半，但尚未發(fā)現(xiàn)與引力波事件/千新星成協(xié)事例?？紤]到國內(nèi)與國際在千新星探測設(shè)備上的差距，中意科學(xué)家組成的一個國際團隊另辟蹊徑，通過對一些“已可公開獲取的短暴的歷史數(shù)據(jù)”的系統(tǒng)分析來證認引力波事件光學(xué)對應(yīng)體。
該團隊的最新研究對象為短暴GRB 070809。這個暴的數(shù)據(jù)較少，因此過去12年里沒有任何相關(guān)論文發(fā)表。但紫金山天文臺研究員金志平等人研究發(fā)現(xiàn)，這個暴的X射線輻射能譜很硬，且隨著時間在變硬。而通常情況下，伽瑪暴的X射線余輝的能譜較軟，并且隨時間會變軟。此外，GRB 070809的光學(xué)輻射能譜很紅。在伽瑪暴標(biāo)準(zhǔn)余輝模型下，光學(xué)余輝能譜不會軟于X射線能譜，除非遭受了嚴(yán)重的塵埃消光。由于該方向上銀河系的消光很小，所以強的消光只可能由宿主星系貢獻。但哈勃望遠鏡的深度曝光觀測表明GRB 070809發(fā)生在其宿主星系外面，因此不存在強的消光。另外X射線的數(shù)據(jù)分析表明該方向上的氫柱密度與銀河系的貢獻高度吻合，也意味著源的周圍沒有大量的塵埃。綜合這些信息，金志平等人指出GRB 070809是一個發(fā)生在宿主星系外面的具有奇特光學(xué)、X射線輻射能譜的短暴。與其它短暴相比，GRB 070809有著最軟的光學(xué)輻射和最硬的X射線譜（圖1），無法在正向激波余輝模型中得到解釋。作者們認為X射線的奇特能譜行為可能反應(yīng)了中心引擎的長期活動，而極軟的光學(xué)輻射可以自然地解釋為千新星的黑體譜。如果這些解釋正確，GRB 070809的所有X及光學(xué)輻射都不是來自于伽瑪暴的外激波輻射，這與該暴誕生在宿主星系之外、暴周介質(zhì)密度極低的推斷相一致。
金志平等人還統(tǒng)計了現(xiàn)階段具有紅移測量的千新星（及候選體）的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)早期千新星輻射區(qū)的溫度及速度可能有較寬的分布范圍，AT2017gfo可能并不典型(見圖2)并且千新星輻射可能有亞類?？紤]到LIGO/Virgo的觀測表明中子星并合率高達~1000Gpc-3yr-1，并且2022之后由于LIGO-India的加入引力波事件的定位精度將大幅度提升，因此幾年內(nèi)人們將擁有一個較大的千新星樣本，從而更全面地了解相關(guān)物理性質(zhì)。
該項研究得到國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點研究項目和戰(zhàn)略先導(dǎo)專項B的資助。(來源： 紫金山天文臺)
論文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0892-y
圖1. 一些明亮短暴的早期光學(xué)、X射線能譜對比圖。注意AT2017gfo是與GW170817/GRB 170817A成協(xié)的千新星，具有黑體譜。與其它伽瑪暴相比，GRB 070809具有最軟的光學(xué)譜及最硬的X射線譜。GRB 070809的紅移z尚不確定，如果z=0.22，則其與AT2017gfo，GRB 160821B和GRB 061201的光學(xué)輻射譜頗為類似。如果z=0.47，則該千新星比同時期的AT2017gfo亮5倍左右。
圖2. 已知紅移暴及GRB 070809中的千新星（候選體）的性質(zhì)對比。L代表光度，Tint和t’分別代表紅移修正后的溫度與時間，βΓ代表的是輻射區(qū)的速度(以光速為單位)。從圖可見，早期千新星的輻射區(qū)的溫度及速度可能有較寬的分布范圍。
