圖1. 短暴或長(zhǎng)短暴、引力波信號(hào)、macronova信號(hào)的關(guān)聯(lián)性示意圖
引力波探測(cè)器LIGO/Virgo的主要觀測(cè)對(duì)象除業(yè)已探測(cè)到的雙黑洞并合事件(例如GW150914)外還包括中子星并合事件，也就是“雙中子星的并合”或者是“恒星級(jí)質(zhì)量黑洞與中子星的并合”。中子星并合過(guò)程不但會(huì)發(fā)射出強(qiáng)的引力波輻射，還伴隨劇烈的電磁輻射，也就是所謂的引力波電磁對(duì)應(yīng)體。其中一類引人矚目的引力波電磁對(duì)應(yīng)體是Li-Paczynski macronova(巨新星)，它源自中子星并合過(guò)程中的拋射物通過(guò)快中子俘獲過(guò)程產(chǎn)生的重元素的放射性衰變，由我國(guó)科學(xué)家李立新與他的合作者于1998年首次預(yù)言。現(xiàn)在普遍認(rèn)為持續(xù)時(shí)標(biāo)短于2秒的伽瑪暴(簡(jiǎn)稱短暴；持續(xù)更久的稱為長(zhǎng)暴)來(lái)自于中子星并合，是探測(cè)巨新星的理想場(chǎng)所。與幾乎只能在極窄的噴流方向上才能探測(cè)到的短暴不同，引力波與巨新星信號(hào)可以在極寬的角度范圍內(nèi)被探測(cè)到，因此巨新星與引力波事件的成協(xié)性將更為普遍(見(jiàn)圖1)。
2013年英國(guó)天文學(xué)家在短暴GRB 130603B的余輝中發(fā)現(xiàn)了Li-Paczynski巨新星的跡象(主要證據(jù)是哈勃望遠(yuǎn)鏡HST的一個(gè)觀測(cè)點(diǎn))。2014年，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)領(lǐng)銜成立了工作組來(lái)系統(tǒng)分析處理過(guò)去10年內(nèi)的短暴的余輝數(shù)據(jù)以證認(rèn)Li-Paczynski巨新星。2015年他們?nèi)〉弥匾黄�，首次在長(zhǎng)短暴 (GRB 060614：該暴同時(shí)具有長(zhǎng)暴和短暴的一些特征)的余輝中發(fā)現(xiàn)了巨新星，并首次得到了巨新星的多波段光變曲線。相關(guān)工作相繼發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)和《天體物理雜志快報(bào)》(ApJL)上，引發(fā)廣泛關(guān)注。
隨后該團(tuán)隊(duì)把GRB 050709作為突破口。GRB 050709是人類首次探測(cè)到光學(xué)對(duì)應(yīng)體的短暴，該光學(xué)信號(hào)一直被解釋為伽瑪暴的噴流在星際空間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的余輝輻射。紫金山天文臺(tái)金志平等人對(duì)甚大望遠(yuǎn)鏡VLT、HST數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析顛覆了這一結(jié)論。他們發(fā)現(xiàn)VLT在伽瑪暴結(jié)束后2.5天處測(cè)得的能譜與余輝模型顯著不同，而與巨新星信號(hào)一致，可以被將來(lái)的觀測(cè)進(jìn)一步檢驗(yàn)，一旦得到驗(yàn)證，將是中子星并合過(guò)程合成重元素的觀測(cè)證據(jù)。他們的分析表明，GRB 050709的光學(xué)輻射自2.5天起就由巨新星成分主導(dǎo)，并且該暴很可能由一個(gè)中子星與黑洞的雙星系統(tǒng)的并合產(chǎn)生 (見(jiàn)圖2)。從GRB050709和GRB060614中得到的巨新星光變曲線非常一致，可以作為搜尋引力波事件對(duì)應(yīng)體巨新星的輸入模板，指導(dǎo)引力波電磁對(duì)應(yīng)體的搜尋、觀測(cè)工作。金志平等人還首次對(duì)巨新星與短暴/長(zhǎng)短暴的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)每個(gè)短暴/長(zhǎng)短暴很可能都伴隨著一個(gè)巨新星。這表明巨新星普遍存在，是引力波事件的極佳電磁輻射對(duì)應(yīng)體。
該項(xiàng)研究工作由中國(guó)、意大利、以色列、日本的專家合作完成，主要得到科技部“973”計(jì)劃（尤其是青年科學(xué)家專題項(xiàng)目）、國(guó)家自然科學(xué)基金（尤其是杰青、重點(diǎn)、中以合作項(xiàng)目）、中科院重點(diǎn)合作項(xiàng)目及B類先導(dǎo)專項(xiàng)的資助，已在《自然-通訊》正式發(fā)表。
圖1. 短暴或長(zhǎng)短暴、引力波信號(hào)、macronova信號(hào)的關(guān)聯(lián)性示意圖
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