中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院天文系薛永泉教授研究組領(lǐng)銜的一項研究，發(fā)現(xiàn)了首例雙中子星并合形成的磁星所驅(qū)動的X射線暫現(xiàn)源，證實了雙中子星并合直接產(chǎn)物可以是大質(zhì)量毫秒磁星，明確了一系列關(guān)于中子星物態(tài)方程與極高磁場強度等基本物理規(guī)則條件，進而深化了對中子星基本屬性的認識，證實了之前的理論預(yù)言。該研究成果以“A magnetar-powered X-ray transient as the aftermath of a binary neutron-star merger”為題，于4月11日在線發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Nature》上。

中子星是大質(zhì)量恒星演化后期發(fā)生超新星爆炸以后形成的致密天體，是宇宙中最為神奇的天體之一。它幾乎全部由中子組成，具有超高密度（即核密度，為水密度的上億倍）、超強磁場（為地表磁場的上億倍）等極端物理屬性，是檢驗基本物理規(guī)律極佳的天然實驗室。然而，迄今為止，人們對于中子星自身基本屬性（例如物態(tài)方程）的認識還是相對模糊的。

雙中子星并合的直接產(chǎn)物除了黑洞之外是否還可能是中子星，一直以來尚無定論。早在2006年南京大學(xué)戴子高教授領(lǐng)銜的一項理論研究就預(yù)言，如果中子星物態(tài)方程足夠硬，即壓強隨著核密度變大而顯著增加，則至少應(yīng)有一些雙中子星并合事件在產(chǎn)生引力波暴的同時，會產(chǎn)生大質(zhì)量毫秒快轉(zhuǎn)的極強磁場中子星（即毫秒磁星，其磁場為地表磁場的上百萬億倍；見圖1）或者甚至是穩(wěn)定的中子星。由于磁星所驅(qū)動的X射線輻射基本各項同性，因而如果觀測視線與其噴流（會產(chǎn)生短伽瑪射線暴）方向夾角較大時，我們將預(yù)期看到一個沒有對應(yīng)的短伽瑪射線暴、光變曲線具有特征平臺期的X射線暫現(xiàn)源，然而這樣的天體卻從未被發(fā)現(xiàn)。

圖1：遙遠宇宙中神秘磁星的假想圖（圖像創(chuàng)作：王國燕、何聰）

薛永泉教授等人在迄今為止最深、最靈敏的X射線巡天——七百萬秒錢德拉南天深場（7Ms CDF-S）里發(fā)現(xiàn)了一個新型的X射線暫現(xiàn)源（稱為CDF-S XT2，簡稱XT2；其X射線輻射僅持續(xù)了約7個小時），其紅移為0.738，即距離我們約66億光年遠。觀測數(shù)據(jù)與理論分析顯示：（1）XT2沒有伽瑪射線探測。（2）XT2的光變曲線具有從平臺期（即光度基本不變）到下降期（光度隨時間t成-2次方冪律衰減）快速演化的特征形狀與時標(biāo)（見圖2左上及圖2下），與理論預(yù)言的大質(zhì)量毫秒磁星產(chǎn)生的X射線輻射完美吻合。（3）XT2位于其寄主星系的外沿（見圖2右上），這和雙中子星受超新星爆炸不對稱的反沖力作用被“踢出”至星系邊緣的圖像吻合；而且基于XT2寄主星系各項物理屬性算出的XT2起源于雙致密星并合的概率非常得高。（4）估算的類似XT2的暫現(xiàn)源事件發(fā)生率被修正到位于近鄰宇宙里的值時，其與由第一例雙中子星并合引力波事件GW170817可靠導(dǎo)出的雙中子星并合發(fā)生率相符，從而進一步支持了XT2的雙中子星并合起源。以上論據(jù)一致表明，XT2是首例雙中子星并合形成的磁星所驅(qū)動的X射線暫現(xiàn)源，且其沒有對應(yīng)的短伽瑪射線暴。

圖2：XT2的X射線特征光變曲線（左上）

與圖像（下）及其相對寄主星系的位置（右上）

中國科大薛永泉教授為該論文第一兼通訊作者，其碩士研究生鄭學(xué)琛與美國內(nèi)華達大學(xué)張冰教授為論文共同通訊作者，北京大學(xué)李曄博士與紫金山天文臺吳雪峰研究員等人為論文主要作者。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金、科技部973計劃、中科院前沿科學(xué)重點研究計劃項目等的資助。