“天关”卫星首例科学成果发布——探测到新型X射线暂现源EP240408a

学术   2024-10-31 12:02   北京  

北京时间10月31日,中国科学院牵头研制的空间科学卫星——爱因斯坦探针卫星完成在轨交付,并正式命名为“天关”卫星。在交付仪式上,中国科学院还发布了“天关”卫星取得的其在轨运行后的首个重要科学成果:探测到一例具有独特X射线特性的暂现源——EP240408a。该暂现源因其在X射线波段独特的时间和光谱特性而受到关注,此类事件在天文学领域尚属首次观测到。该成果由《中国科学:物理学 力学 天文学》(SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy)于10月30日在线发表。EP240408a的发现标志着“天关”卫星在揭示宇宙中未知现象方面迈出了重要的第一步。

EP240408a于2024年4月8日首次被“天关”的宽视场X射线望远镜(WXT)探测到。随后,通过EP的后随X射线望远镜FXT、Swift雨燕卫星和NICER等空间望远镜进行的后续观测,科学家们进一步确认了这一发现。

EP240408a在最初阶段的X射线强度相对稳定,在0.5-4 keV的能量范围内保持在10-11 erg cm-2 s-1的水平。在此期间,该暂现源爆发了一个非常强烈的软X射线耀发,该耀发非常短暂,只持续约12秒,但亮度极高,达到了3.9 × 10-9 erg cm-2 s-1,是当次观测稳定亮度的300倍,并且呈现出三个对称的峰值。通过“天关”、NICER和Swift的后续监测,团队发现EP240408a的X射线辐射在大约4.6天后开始快速减弱。到了第7天,EP240408a最后一次在X射线被探测到,这时它的X射线强度已经降至原来的十分之一。从第10天起,在X射线波段再也没有探测到EP240408a,这可能意味着它的X射线辐射已经结束。由于在发现前13天的WXT观测中没有检测到EP240408a,我们估计它的X射线活跃期可能在7到23天之间。EP240408a的X射线光谱显示为非热性,可以通过吸收幂律模型进行拟合,光子指数在1.8到2.5之间变化。GROND、NOT、GSP、MASTER、BOOTES-6、Swift搭载的紫外光学望远镜(UVOT)等设施开展的近红外到近紫外光学后随观测并没有探测到EP240408a;ATCA开展的射电波段后随也没有探测到该源。GECAM-B卫星在EP240408a 12秒耀发期间覆盖了这个天区,但仅得到硬X射线能端的流量上限。

基于它的时间和光谱特性,似乎EP240408a与目前已知的各类X射线暂现源的典型代表都不相符。由于缺乏多波段,特别是光学的对应体,因此无法进行红移测量,这使得确定其性质变得更加困难。尽管如此,科研团队还是尝试通过将其时间和光谱特性与目前已知的可能与EP240408a有一定关联的暂现源类型进行了比较,来获得对这一源的一些了解。

文章的第一作者国家天文台副研究员张文达表示:“EP240408a的时变和光谱特性与我们已知的X射线暂现源都不完全匹配,包括喷流潮汐瓦解恒星事例(TDE)、伽马射线暴(GRB)、X射线双星(XRB)、或快速蓝色光学暂现源(FBOT),EP240408a可能不属于目前已知的任何X射线暂现源类型,可能代表了一种新的或罕见的天文现象。”

EP240408a的X射线光谱显示出非热性质,光子指数约为2,与热TDE的超软X射线光谱明显不同。与喷流TDE有相似之处,如和喷流TDE的原型Sw J1644+57相比,两者都呈现非热谱,并在X射线强度的时间演化上都遵循初始平台-幂律衰减的模式。然而,相比后者,EP240408a的衰减更为陡峭,且在光学、射电和近红外波段的辐射较弱,这与典型的喷流TDE不一致。EP240408a是持续时间为12.3秒的短暂而明亮的耀斑,让人联想到长伽马射线暴(GRB)的瞬时辐射,但其持续的X射线辐射模式与GRB的余辉光变曲线不一致,使其不太可能是GRB。EP240408a耀发的快速衰减和在多波段的微弱性与典型XRB的特性不吻合,减少了它是XRB的可能性。与快速蓝光学暂现源(FBOT)AT2018cow相比,两者在X射线强度及光变曲线上相似,但在光学亮度上有显著差异,进一步降低了EP240408a是FBOT的可能性。

“天关”卫星首席科学家袁为民表示:“EP240408a的发现可能预示着一类全新的暂现源类型,此类短期X射线耀发具有大约10天的时间尺度,在以前的时域X射线调查中有可能被遗漏了,目前其他正在运行的X射线望远镜或其它波段的望远镜很难探测到类似对象,EP的这一发现对于我们理解宇宙中的极端物理过程具有重要意义。”

“天关”卫星项目由中国科学院主导,欧洲航天局(ESA)、马普地外物理研究所(MPE)和法国国家空间研究中心(CNES)参与研制。EP于2024年1月9日发射升空,并于同年7月开始开展常规的科学运行。EP240408a的发现是“天关”在轨运行两个月后取得的成果。

随着“天关”及其他未来空间X射线望远镜的更多监测,预计能将发现更多此类暂现源。此外,对这些暂现源事件进行及时且全面的多波段后续观测,以及精确测量它们的红移,将进一步帮助揭示它们的物理属性和起源机制。



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Einstein Probe discovery of EP240408a: A peculiar X-ray transient with an intermediate timescale.

Sci. China-Phys. Mech. Astron. 68, 219511 (2025), https://doi.org/10.1007/s11433-024-2524-4






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