中子星碰撞的伽马射线只闪了0.5秒，X射线却亮了10分钟

中子星碰撞通常在两秒内就会宣告自己的到来：先是一阵伽马射线尖峰，然后是一道逐渐暗淡的余辉。但在六十亿光年之外的一次碰撞，却只遵循了这个剧本不到半秒。随后，它非但没有归于沉寂，反而持续喷射了近十分钟的X射线。

中国的爱因斯坦探针卫星捕捉到了整个过程，这是有记录以来中子星并合所产生的最持久的瞬时X射线闪。这项研究的国际团队，作为《科学通报》期刊的封面文章，认为这多出来的几分钟来自碰撞后留下的天体。他们最合理的推测是一颗磁星，一颗新生且高速自转的中子星，其携带的磁场强大到足以持续向爆炸注入能量。如果他们是对的，那么伽马射线天文台此前只捕捉到了这些碰撞的开场节拍。

这不仅仅关乎一个事件。中子星并合是宇宙锻造金、铂等重元素的场所，它们对时空的震动之强，足以让地球上的引力波探测器感知到。碰撞后幸存下来的，是一颗黑洞还是一颗超强磁化的中子星，这告诉物理学家，在引力获胜之前，物质可以被挤压到何种程度。

半秒的爆发如何变成了十分钟

这个事件有两个名字，X射线波段称为EP250704a，伽马射线波段称为GRB 250704B，因为三艘航天器同时观测到了它。中法合作的SVOM任务和中国的慧眼-HXMT天文台记录到了伽马射线闪，而爱因斯坦探针的宽视场X射线望远镜则在软X射线波段（能量较低）注视着同一片天区。

大多数X射线望远镜视场狭窄，只有在伽马射线探测器发出警报后才会转向爆发源，因此当它们望去时，最早的X射线通常已经消失。爱因斯坦探针采用龙虾眼光学技术，持续凝视着大片天空，这意味着当碰撞发生时，它已经在注视着那里。

“这个事件最初看起来是一个普通的短伽马射线暴，产生了持续不到半秒的明亮闪光，”北京师范大学的博士生An Li说，他当时正担任该任务的瞬时源倡导者。“然而，它并没有消失，而是持续发射了将近十分钟的软X射线。”

确定源位置的任务落在了罗马大学托尔维加塔分校埃莱奥诺拉·特罗哈小组的研究生尼科洛·帕萨莱瓦身上。“我当时正坐火车回家，突然之间，我不得不争分夺秒地用我的笔记本电脑征用世界上最大的望远镜之一，”他说。几分钟内，欧洲南方天文台位于智利的甚大望远镜就对准了那道正在暗淡的余辉。

其X-Shooter光谱仪将光线分解成各种颜色，并发现了吸收线，给出的红移为0.661，这是衡量膨胀宇宙在光线传播途中将其拉伸程度的指标。这使那次爆炸发生在六十多亿光年之外：它发生时，太阳及其行星还不存在。

为什么不是一颗垂死的恒星

长时间的X射线闪本身并不新鲜。大质量恒星在生命尽头坍缩时也会产生持久的爆发，而且这些死亡伴随着超新星。因此，团队使用甚大望远镜的FORS2相机在宿主星系的深场图像中寻找超新星。他们什么也没找到。

距离、缺失的超新星以及爆发本身的特性，共同指向了致密天体的并合，这是中子星和黑洞的总称。X射线的表现也是教科书图景无法解释的。它不是物质坠落到残骸上产生的尖锐尖峰，随后是膨胀爆炸产生的平滑衰减余辉，而是闪烁不定，并在数分钟内改变了光谱。据团队称，这种模式意味着中心引擎本身在伽马射线停止后很长时间内仍在持续喷射。

“一种合理的解释是，并合产生了一颗快速旋转、高度磁化的中子星，即磁星，它为延长的X射线发射提供了能量，并持续注入能量，”香港大学的博士生Yi-Han Iris Yin说，她领导了高能发射的分析工作。

0.4秒的伽马射线，560秒的X射线

这些数字解释了为什么天文学家一直错过这个阶段。伽马射线闪持续了大约0.4秒。软X射线持续了大约560秒，是其约1400倍。早先的研究根据余辉衰减的速度推断，大约30%的短伽马射线暴可能隐藏着一个持续约100秒的引擎驱动的X射线阶段，但没有人直接观测到过。这次观测到的持续时间比那些估计值长了五倍多。

“尽管这种持久的发射携带了相当可观的能量，但其光谱非常软，对于处于这种典型宇宙学距离的爆发，它可能低于传统伽马射线仪器（如斯威夫特的爆发警报望远镜）的探测阈值，”该论文的共同通讯作者、南京大学的Bin-Bin Zhang说。换句话说，早期的任务只会记录到一个完全普通的半秒爆发。

磁星符合这种行为。一颗中子星将比太阳更多的质量压缩进一个直径约20公里、大约相当于一座城市大小的球体中，而磁星的磁场强度约为普通中子星的一千倍。“磁星是拥有巨大磁场的快速自转中子星。当它们将磁能注入周围环境时，可以使任何爆炸变得更亮、更持久，”该论文的通讯作者之一特罗哈说。“当我看到这个新事件的X射线数据时，我意识到有些不对劲。”

尚未解决的问题

磁星是一种解释，而非观测结果。研究人员称其为最合理的解释，论文标题本身也很谨慎，说的是“致密天体并合”，而不是明确指出是哪一对天体。中子星与黑洞碰撞也属于这个术语范畴。

没有引力波信号来解答这个问题。在六十亿光年之外，这次碰撞远远超出了当今探测器的能力范围，它们只能听到几亿光年内的中子星并合。并合的证据依赖于缺失的超新星和爆发的特性，这些证据有力但属于间接证据。

这也只是一个孤立事件。早先的候选体衰减太快而无法分析，因此目前尚不清楚有多少短暴隐藏着X射线阶段，或者有多少留下的是磁星而非黑洞。团队怀疑这种现象很普遍；只有更大的样本才能证明这一点。

关于中子星并合和磁星的常见问题

什么是磁星？

磁星是一种具有极端磁场的中子星，其磁场强度约为普通中子星的一千倍。年轻的磁星自转迅速，随着它们失去磁能，可以向周围环境注入能量，使爆炸变得更亮、更持久。

什么是短伽马射线暴？

短伽马射线暴是持续时间不到约两秒的高能辐射闪。大多数被认为来自两颗中子星或一颗中子星与一颗黑洞之间的碰撞。较长的爆发通常来自坍缩的大质量恒星，并伴随超新星出现。

这次中子星碰撞有多远？

光传播了超过六十亿年才到达地球。团队使用甚大望远镜的X-Shooter光谱仪测量到红移为0.661，这意味着爆炸发生在太阳和行星形成之前。

什么是爱因斯坦探针？

爱因斯坦探针是中国主导的X射线太空望远镜，与欧洲航天局和德国马克斯·普朗克地外物理研究所等合作伙伴共同建造。其宽视场望远镜在软X射线波段扫描大片天空，已探测到数百次来自遥远星系的短暂X射线闪。

下一步是什么

该事件于2025年7月4日被探测到，论文于2026年发表在《科学通报》上。自2024年1月入轨以来，爱因斯坦探针一直在扫描天空，每一个带有测量距离的新快速X射线闪都为团队所需的样本增添了数据。

更大的目标是实现与引力波的匹配。自2017年首次同时通过引力波和光观测到中子星并合以来，天文学家一直在寻找能与这些涟漪相伴传播的更多信号。“我对下一轮引力波观测感到非常兴奋，届时我们终于可以将这些X射线闪之一与来自同一源的引力波爆发配对，”帕萨莱瓦说。一个更近的、同时被两种方式捕捉到的并合，将确切地显示碰撞留下了什么。

参考文献：Li, Wang, Passaleva, An et al., “Minutes-long soft X-ray prompt emission from a compact object merger,” Science Bulletin, 2026. DOI: 10.1016/j.scib.2026.08.021

标签: Very Large Telescope, Einstein Probe, Eleonora Troja, 中子星, 伽马射线暴, 磁星