【儀表網 研發快訊】4月10日，《自然-天文》發表了中國科學院國家天文臺中法天文小衛星SVOM科研團隊完成的一項重要研究成果。該團隊利用位于國家天文臺興隆基地試運行中的地基廣角相機陣(GWAC)，成功探測到一例伽馬射線暴(GRB 201223A)的瞬時光學輻射及其向極早期余輝的轉變過程。
 

　　伽馬暴源于大質量恒星晚期坍縮或雙中子星并合瞬間伴隨著新生黑洞或磁陀星的極端相對論噴流，短時間內輻射出巨大能量，包括噴流內激波導致的暴發瞬時輻射和噴流撞擊外部介質產生的余輝。典型的高能暴發僅持續豪秒到幾十秒，但地面光學設備接收到高能衛星的伽馬暴觸發警報時，很難做到實時跟進，故目前只有幾例瞬時光學輻射探測——對應高能暴發的持續時間較長(>30秒)，且觀測數據中存在反向激波的污染成分，難以明確從瞬時光學輻射到余輝的轉變。
 

　　SVOM首席科學家、國家天文臺研究員魏建彥提議并帶領研制的GWAC具有超大的觀測視場和15秒的高時間采樣分辨率，作為衛星項目的重要地基設備，探測深度達到星等16等，并計劃對SVOM發現的伽馬暴的瞬時光學輻射開展系統性研究。
 

　　伽馬暴GRB 201223A同時被Swift衛星和Fermi衛星在伽馬射線波段探測到，其時，試運行中的GWAC正對所在的上千平方度天區做實時監測，成功在光學波段完整記錄下暴發的全過程(圖1)。這是國際上首次將瞬時光學輻射的探測突破到暴發持續不到30秒的伽馬暴，遠短于之前的事例。GWAC的觀測實際上在高能暴發之前便已開始，在探測極限內未發現任何前驅(precursor)信號，但在整個高能暴發階段均探測到明顯的光學輻射(圖2)，結合60cm望遠鏡的后隨觀測數據，清晰地記錄了從瞬時光學輻射到余輝的完整的演變過程。
 

　　GRB 201223A是高能波段的中等亮度伽馬暴，其瞬時光學輻射的觀測亮度比從高能能譜外延到光學波段的值高4個數量級(圖3)。該特性與超亮伽馬暴GRB 080319B類似。更具意義的是，對多波段數據的聯合分析表明，GRB 201223A前身星的暴前質量損失率遠低于后者，可能是一顆不大于3.8倍太陽質量的沃爾夫-拉葉星，恒星演化模型所對應的主序階段質量不大于20倍太陽質量。
 

　　由于伽馬暴發生在時間和空間上的隨機性，通過GWAC對SVOM衛星的實時監測天區開展高幀頻觀測，將為探索極端相對論噴流、暴周環境及前身星特性提供獨特數據，并具有捕獲中子星并合引力波事件電磁對應體的重要潛力。
 

　　上述工作由國家天文臺、美國內華達大學拉斯維加斯分校、廣西大學、南京大學、中國科技大學、法國原子能署、淮北師范大學、北京師范大學等合作完成。
 

　　圖1.GWAC對GRB 201223A高能爆發前后的連續觀測圖像。時間分辨率是15秒。中間黃色箭頭指向的是光學對應體。第一行第三列是覆蓋高能警報觸發時刻的圖像。
 

　　圖2.GRB 201223A光學、X射線、伽馬射線暴聯合觀測光變曲線。橫坐標是相對于警報觸發的時間，單位是秒。縱坐標流量或者星等。紅色點是GWAC和F60A的觀測數據。在高能警報觸發前，GWAC沒有探測到任何暴前輻射成分，在爆發開始后，探測到一個明亮的光學輻射，并清晰解析出從瞬時輻射到余暉的相變過程。
 

　　圖3.GRB201223A瞬時輻射能譜圖。橫坐標是觀測頻率，做坐標是流量。GWAC探測到瞬時輻射光學亮度遠遠高于高能最佳能譜的預期。