香港新聞網9月21日電 由香港大學研究人員參與的一項突破性研究首次在劇烈的宇宙爆炸伽馬射線暴（Gamma-Ray Burst, GRB）中探測到“毫秒磁星”誕生時的“宇宙心跳”—— 脈動訊號，揭示磁星誕生的直接證據。
本工作中磁陀星及伽瑪射線暴噴流的藝術想像圖（繪圖:南京智教雲智能科技有限公司田雨佳、吳宇廷；科學創意指導：南京大學陳潤潮、張彬彬
這項研究由港大、南京大學和中國科學院高能物理研究所合作完成。2023 年 3 月 7 日，團隊在 GRB 230307A 事件中發現一個短暫而高度相干的振盪訊號，由中國的兩顆極目衛星（GECAM-B 和 GECAM-C）及美國的費米衛星（Fermi/GBM）探測到，是人類有史以來觀測到第二亮的伽馬射線暴。
此訊號以接近每秒一千次的速度旋轉，指向一種極度快速旋轉並具有超強磁場的中子星“毫秒磁星”的誕生。相關研究成果已發表在國際頂尖期刊《自然・天文學（Nature Astronomy）》，標誌着天體物理學研究的重要里程碑，並為磁星能夠驅動宇宙中最明亮的爆炸提供了迄今最清晰的證據。
解鎖“心跳”
伽瑪射線暴是已知最明亮的爆炸事件，其短時間內的亮度甚至比整個伽瑪射線天空更耀眼。它們通常由緻密星體，如中子星的拼合，或由大質量恆星坍縮觸發，留下奇特的緻密天體殘骸。幾十年來，科學界一直爭論這些殘骸究竟會立即坍縮為黑洞，還是能夠存活為高度磁化的中子星。光學追蹤觀測確認 GRB 230307A 起源於一次緻密星的拼合，但它長達一分鐘的爆發時間極不尋常，與標準理論預測、通常不足兩秒鐘的持續時間嚴重不符。
港大物理學系講座教授張冰、本研究的共同通訊作者表示，GRB 230307A 事件為團隊提供了一次難得的機會：“透過揭露它隱藏的‘心跳’，我們終於可以自信地說，有些伽馬射線暴並非由黑洞驅動，而是由新生的磁星驅動。”
研究團隊分析了來自 GECAM 衛星的超過 60 萬組數據。這些專用伽馬射線探測器由中國科院高能量所設計和發射。由南京大學主導的分析最終揭示了一個驚人的 909 赫茲準週期振盪（QPO），僅持續 160 毫秒。論文第一作者、南京大學博士生陳潤潮表示：“這是人類首次直接在伽馬射線暴中探測到毫秒磁星的週期訊號，就像聽到了新生星的第一聲心跳。”該訊號也透過 GECAM-B、GECAM-C 以及美國太空總署的費米伽馬射線暴監測器（Fermi/GBM）數據獨立驗證，確認了其真實的天文物理起源。
“心跳”為何如此短暫？
這一轉瞬即逝的脈動引發了新的疑問。港大張冰教授提出了理論解釋：“磁星的快速自轉通過其磁場在伽馬射線噴流中留下週期性訊號。但由於噴流演化迅速，這一訊號只會在輻射短暫出現不對稱時顯現，這個心跳可見過程僅持續 160 毫秒，其後噴流恢復對稱，訊號便隨即消失。”這一解釋表明，GRB 230307A 是由磁主導噴流（Poynting-flux dominated jet）驅動，一種主要由磁場而非物質推動的能量流。早在十多年前，張教授就提出了毫秒磁星及其磁化噴流的理論。這次“心跳”探測為此理論提供了最有力的觀測證據。
研究意義
此前，伽瑪射線暴的核心引擎只能透過餘輝建模或理論假設間接推論。本研究則首次提供了磁星自轉在伽馬射線暴中的直接觀測印記。張教授強調：“這項發現徹底改變了我們對宇宙中最極端爆炸事件的理解。它證明新生磁星能夠在緻密星拼合後倖存，並作為強大的宇宙引擎發揮作用。這為‘多信使天文學’開闢了新前沿，把伽馬射線、引力波和緻密星物理緊密聯繫在一起。”
展望未來，團隊計劃在更多明亮的伽馬射線暴中尋找類似的脈動訊號。每一次探測都將使科學家更接近理解緻密星的生死演化、磁星在宇宙演化中的角色，以及極端天文物理現象的起源。張教授說：“隨着更先進的太空天文台投入使用，我們有望捕捉到更多這樣的瞬息訊號。每一次來自空間深處的心跳，都將講述在最極端條件下神秘宇宙故事。”
此研究由港大、南京大學和中科院高能所聯合完成。南京大學張彬彬教授、中科院高能所熊少林研究員與港大張冰教授共同擔任通訊作者。研究得到科技部重點研發計畫、國家自然科學基金、中國太空站計畫、江蘇省雙創計畫、國家“雙一流”建設經費的支持。“懷柔一號”極目衛星由中科院“太空科學（第二期）”策略性先導科技專案部署研發。（完）