近日，中国科学院主导的国际合作空间科学卫星“天关”取得重要突破，成功捕捉到编号为EP240414a的一个转瞬即逝的宇宙X射线信号，为揭示恒星死亡过程提供了全新视角。研究成果于6月26日发表在国际科学期刊《自然·天文》。
意外发现：恒星死亡发出软X射线
EP240414a源自约40亿光年外的一个大质量恒星的塌缩式终结，巨大能量释放产生的瞬时辐射爆发仅持续约150秒，却蕴含了恒星“葬礼”的重要信息。
出乎意料的是，这次大质量恒星塌缩，并没有产生以往天文学家通常所观测到的、更高能的伽马射线暴，而是发出了频率低得多的软X射线辐射。因此，只有在软X射线波段同时具有大视场和高灵敏度的天关卫星能够独家捕获EP240414a。
研究团队通过X射线、光学和射电等多波段联合观测，确认EP240414a后期演化为Ic宽吸收线型超新星SN 2024gsa，并首次揭示此类超新星中存在弱相对论喷流——类似伽马射线暴中的、聚束于一个小角度以接近光速运动的物质外流，但速度和辐射强度低于伽马暴。
超新星SN 2024gsa光学波段光度演化图，其爆发后20天的凯克望远镜光谱观测证实该源为宽线Ic型超新星。
借助天关卫星的大视场和高灵敏度，科研人员得以在爆发最初阶段捕获由喷流驱动的微弱X射线信号，对喷流与环境物质相互作用的动力学演化进行精准跟踪，为深入理解喷流形成及超新星的爆发机制提供了关键观测依据。
“温和版伽马暴”尚未被系统研究
对此类暗弱的相对论喷流的观测，填补了对介于传统伽马射线暴与普通超新星这两类常见的天体爆发之间新现象的研究空白，提供了对恒星死亡过程的全息认识。该爆发事件发生在其宿主星系外围，提示了EP240414a可能属于一类尚未被系统研究的由沃尔夫－拉叶星（大质量恒星演化的晚期阶段）爆炸所导致的短暂X射线爆发。
“这类快速X射线暂现天体犹如宇宙中转瞬即逝的烟火，其短暂的存在时间（通常仅持续数百秒）使得探测和研究工作极具挑战性。”论文第一通讯作者北京师范大学高鹤教授表示，“这就像发现了一类‘温和版伽马射线暴’，它们可能比我们想象的更普遍，过去由于缺乏大视场X射线监测设备，这类事件长期未被系统观测到”。
“这项激动人心的研究代表了天关卫星上天后发现的第一颗与超新星成协的X射线爆发事件，开启了通过宽场X射线巡天发现超新星的全新时代。天关的观测将为超新星高能辐射以及大质量恒星演化研究提供全新的机遇。” 论文共同通讯作者清华大学王晓锋教授表示，“这些研究工作离不开来自国际团队的合作”。
只有天关才具备捕捉到它的本领
“EP240414a这一成果展现了天关卫星发现新天体和现象的能力，预期天关将获得更多关于极端宇宙的新发现。”EP首席科学家，论文共同通讯作者，中国科学院国家天文台研究员袁为民说。
作为中国首个宽场X射线巡天卫星，天关卫星主要任务是监测和发现宇宙中的暂现天体。此次成果得益于天关卫星革命性的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术，使得卫星在具有大的观测视野的同时，也具有高出国际上同类设备1-2个数量级的探测灵敏度和定位精度。其视场可同时覆盖整个天空的十一分之一，相当于约1.8万个满月大小区域。正是这种看得更远、更暗弱的大视场监视能力，使得天关可以捕捉到这类转瞬即逝的暗弱宇宙X射线信号。
本项研究由中国科学院国家天文台、北京师范大学、华中师范大学、清华大学和美国内华达大学、加州伯克利大学等多家科研机构联合完成。
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