近日，由南京大学张彬彬教授、中国科学院高能物理研究所熊少林研究员和香港大学张冰教授组成的合作团队，利用“怀柔一号”极目卫星（简称GECAM）对一例特殊伽马暴（编号为GRB 230307A）的高精度观测数据，发现频率为909赫兹的准周期振荡信号，表明驱动该伽马暴的是一颗新诞生的自转周期为1.1毫秒的磁陀星。这是人类首次在伽马暴中观测到周期稳定的毫秒级脉动信号，为揭示致密天体并合产物的性质提供了关键证据。该研究成果于2025年9月19日以《Evidence for a brief appearance of gamma-ray periodicity after a compact star merger》为题发表于《自然·天文学》（Nature Astronomy）。
伽马暴是宇宙中最明亮、最剧烈的爆发现象之一，其在数秒内释放的能量可超过太阳一生所释放的总能量。然而，驱动产生伽马暴的天体是一个长期未解之谜。经过数十年的研究，人们猜测伽马暴的驱动天体可能是黑洞或磁陀星等极端致密天体。然而，由于伽马暴距离遥远、持续时间短暂、信号成分复杂，此前没有找到直接的观测证据。
本次研究突破来自人类观测史上第二亮的伽马暴GRB 230307A。我国“怀柔一号”极目B卫星（简称GECAM-B）于 2023 年 3 月 7 日首先发现并向国际天文界通报该伽马暴，并触发了全球各种望远镜的后随观测。包括极目卫星在内的多个望远镜的联合观测表明，该伽马暴是一个由两颗致密天体并合产生的特殊事件。
该伽马暴极为明亮，导致国际上一些观测设备发生仪器效应而无法进行精确测量。基于针对亮暴的创新设计，极目卫星克服了极端亮度的挑战，成功对该伽马暴进行了精确观测。在本项工作中，研究团队利用极目B卫星观测的高时间分辨率数据进行了深入分析，在爆发后约24秒处，发现一段中心频率为909赫兹、频率高度稳定且仅持续160毫秒的准周期振荡信号。研究团队还利用极目C空间望远镜（简称GECAM-C）和国际上的费米卫星（Fermi/GBM）的观测数据进行了交叉验证，佐证了该信号的真实性。
此外，研究团队构建了物理模型自洽地解释了上述观测现象。在该模型中，GRB 230307A的喷流由一颗毫秒级自转的磁陀星驱动。由于磁陀星的磁轴与自转轴不重合，喷流内部形成高度有序的磁场结构，并随磁陀星自转而周期性交替。当伽马暴刚进入高纬度辐射占主导的阶段，因辐射区的热斑数量较少且分布不对称，观测者可以短暂地探测到准周期信号。随着时间推移，更多热斑进入观测者视线范围，整体对称性逐渐恢复，周期性信号也随之消失。
因此，这项研究是伽马暴由毫秒级自转磁陀星驱动这个理论假设的首个直接观测证据。未来研究团队将继续利用我国极目、慧眼、天关和SVOM等卫星的观测数据，在更多伽马暴中寻找准周期振荡信号，并结合理论和数值模拟研究，全面理解磁陀星驱动伽马暴的物理机制。
论文第一作者为南京大学天文与空间科学学院博士研究生陈润潮，南京大学张彬彬教授、中国科学院高能物理研究所熊少林研究员（极目卫星首席科学家）和香港大学张冰教授为共同通讯作者。中国科学院高能物理研究所和中国科学院大学博士研究生王晨巍和谭文俊以及张双南研究员参与了本项研究。该研究工作获得了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中国空间站项目、江苏省双创计划以及国家“双一流”建设经费的支持。
“怀柔一号”极目卫星由中国科学院高能物理研究所于2016年提出项目建议并启动预研，2018年入选中国科学院“空间科学（二期）”战略性先导科技专项，2020年12月10日发射入轨。极目卫星已在伽马暴、磁陀星爆发、引力波和快速射电暴的高能对应体、地球伽马闪等方面取得了一系列原创成果。
图1：发射前的极目卫星双星。
图2：极目卫星在伽马暴GRB 230307A中探测到准周期振荡信号，为磁陀星驱动伽马暴这个理论假设提供了直接观测证据。图片引自本项成果论文。
附件下载：
