中子星碰撞的伽瑪射線只閃了0.5秒，X射線卻亮了10分鐘

中子星碰撞通常以不到兩秒的時間宣告自己的存在：一道伽瑪射線脈衝，隨後是逐漸消退的餘暉。一次發生在六十億光年外的碰撞，遵循了這個劇本不到半秒鐘。接著，它非但沒有沉寂下來，反而持續發射出X射線將近十分鐘。

中國的愛因斯坦探針衛星捕捉到了整個過程，這是迄今記錄到來自中子星合併持續時間最長的即時X射線閃光。這項研究的國際團隊——該成果為《科學通報》期刊的封面文章——認為，那額外的幾分鐘來自碰撞後留下的殘骸。他們最合理的解釋是一顆磁星，一顆快速旋轉的新生中子星，其磁場強大到足以持續向爆炸注入能量。如果他們是對的，那麼伽瑪射線觀測站一直以來只捕捉到了這些碰撞的開場節拍。

這件事的意義遠不止於單一事件。中子星合併是宇宙鍛造金、鉑等重元素的場所，它們對時空的擾動強烈到地球上的重力波探測器都能感受到。碰撞後存活下來的——是黑洞還是超磁化中子星——告訴物理學家，在重力獲勝之前，物質能被擠壓到多緊密的程度。

半秒爆發如何變成十分鐘

這個事件有兩個名稱：在X射線中稱為EP250704a，在伽瑪射線中稱為GRB 250704B，因為三艘太空船同時觀測到了它。中法合作的SVOM任務和中國的慧眼-HXMT天文台記錄了伽瑪射線閃光，而愛因斯坦探針的廣角X射線望遠鏡則以軟X射線（能量較低）觀察了同一位置。

大多數X射線望遠鏡視野狹窄，只有在伽瑪射線探測器發出警報後才會轉向爆發點，因此最早的X射線通常在它們開始觀測時已經消失。愛因斯坦探針採用龍蝦眼光學系統，持續監視大片天空，這意味著當碰撞發生時，它已經在觀測中。

「該事件最初看起來像是一場普通的短伽瑪射線暴，產生持續不到半秒的明亮閃光，」北京師範大學博士生An Li說道，他當時擔任該任務的瞬變源倡導者。「然而，它並沒有消退，而是繼續發射了將近十分鐘的軟X射線脈衝。」

鎖定源頭的任務落到了尼可洛·帕薩萊瓦（Niccolò Passaleva）身上，他是羅馬第二大學埃萊奧諾拉·特羅亞（Eleonora Troja）研究團隊的一名研究生。「我當時正坐火車回家，突然間，我必須爭分奪秒，從筆記型電腦上調用世界上最大的望遠鏡之一，」他說。幾分鐘內，智利的歐洲南方天文台甚大望遠鏡便對準了那逐漸消退的餘暉。

其X-Shooter分光儀將光分解成各組成顏色，發現了吸收線，給出紅移值0.661——這是衡量膨脹宇宙在光線傳播過程中將其拉伸程度的指標。這將爆炸定位在超過六十億光年之外：它發生在太陽及其行星形成之前。

為何不是垂死恆星

長時間的X射線閃光本身並不新鮮。大質量恆星在生命末期坍縮時也會產生持續較久的爆發，而且這類死亡伴隨著超新星。因此，團隊使用VLT的FORS2相機在宿主星系的深空影像中尋找超新星，但一無所獲。

距離、超新星的缺失以及爆發本身的特性，共同指向緻密天體合併——這是中子星和黑洞的統稱。X射線的行為也無法用教科書中的圖景解釋。並非是物質落入殘骸產生的尖銳脈衝，隨後是膨脹爆炸波帶來的平穩衰減餘暉，而是輻射在數分鐘內閃爍不定並改變其光譜。根據團隊的說法，這種模式意味著中央引擎本身在伽瑪射線停止後仍持續運作。

「一個合理的解釋是，合併產生了一顆快速旋轉、高度磁化的中子星，即磁星，它為延長的X射線輻射提供能量，並持續注入能量，」香港大學博士生Yi-Han Iris Yin說道，她主導了高能輻射的分析。

0.4秒伽瑪射線，560秒X射線

這些數字說明了天文學家為何一直錯過這個階段。伽瑪射線閃光持續約0.4秒。軟X射線持續約560秒，長了大約1,400倍。先前的研究曾推測，約30%的短伽瑪射線暴可能隱藏著一個由引擎驅動的、持續約100秒的X射線階段，這是根據其餘暉消退速度判斷的，但從未有人直接觀測到。這一次的持續時間比那些估計值長了五倍以上。

「儘管這種長時間輻射攜帶了大量能量，但其光譜非常軟，以至於對於這種典型宇宙學距離的爆發而言，它會低於傳統伽瑪射線儀器（如Swift的爆發警報望遠鏡）的探測閾值，」共同通訊作者、南京大學的Bin-Bin Zhang說道。換句話說，早期的任務只會記錄到一個完全普通的半秒爆發。

磁星符合這種行為。一顆中子星將比太陽還多的質量塞進一個直徑約20公里、大約城市大小的球體中，而磁星的磁場強度約為普通中子星的一千倍。「磁星是快速旋轉、擁有巨大磁場的中子星。當它們將磁能釋放到周圍環境時，能使任何爆炸變得更亮、更持久，」論文的共同通訊作者特羅亞說道。「當我看到這個新事件的X射線數據時，我意識到有些不對勁。」

尚未解決的問題

磁星是一種解釋，而非觀測結果。研究人員稱其為最合理的解釋，而論文本身的標題也很謹慎，使用的是「緻密天體合併」而非具體指明是哪一對。中子星與黑洞碰撞也屬於這個術語。

沒有重力波訊號來解決這個問題。在六十億光年處，這次碰撞遠超出當前探測器的範圍——後者只能聽到數億光年內的中子星合併。合併的論據建立在超新星缺失和爆發特性上，這些是強有力的證據，但屬於間接證據。

這也是一次孤立事件。早期的候選者消退太快而無法分析，因此目前無人知道有多少短爆發隱藏著X射線階段，或者有多少留下的是磁星而非黑洞。團隊懷疑這種現象很常見；只有更大的樣本才能證明。

關於中子星合併與磁星的常見問題

什麼是磁星？

磁星是一種具有極端磁場的中子星，其磁場強度約為普通中子星的一千倍。年輕的磁星旋轉迅速，當它們失去磁能時，能將能量注入周圍環境，使爆炸變得更亮、更持久。

什麼是短伽瑪射線暴？

短伽瑪射線暴是持續時間不到約兩秒的高能輻射閃光。大多數被認為來自兩顆中子星或中子星與黑洞之間的碰撞。較長的爆發通常來自大質量恆星坍縮，並伴隨超新星出現。

這次中子星碰撞距離多遠？

光線傳播了超過六十億年才到達地球。團隊使用甚大望遠鏡的X-Shooter分光儀測量到紅移0.661，這意味著爆炸發生在太陽和行星形成之前。

什麼是愛因斯坦探針？

愛因斯坦探針是由中國主導、與歐洲太空總署及德國馬克斯·普朗克地外物理研究所等合作夥伴共同建造的X射線太空望遠鏡。其廣角望遠鏡以軟X射線掃描大片天空，已探測到來自遙遠星系的數百次短暫X射線閃光。

未來展望

該事件於2025年7月4日被探測到，論文於2026年發表在《科學通報》上。自2024年1月入軌以來，愛因斯坦探針持續掃描天空，每一個測得距離的新快速X射線閃光都為團隊所需的樣本增添數據。

更大的目標是與重力波的匹配。自2017年首次在重力波和光學波段同時觀測到中子星合併以來，天文學家一直在尋找更多能與那些漣漪相伴而行的訊號。「我對下一輪重力波觀測非常興奮，屆時我們終於能將其中一個X射線閃光與來自同一源頭的重力波爆發配對，」帕薩萊瓦說。一個在兩個波段都被捕捉到的更近距離合併，將確切顯示碰撞留下了什麼。

參考文獻：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

標籤: Very Large Telescope, Einstein Probe, Eleonora Troja, 中子星, 伽瑪射線暴, 磁星