由美國密西根大學(xué)Laura Chomiuk博士領(lǐng)導(dǎo)、中國科學(xué)院上海天文臺客座研究員楊軍博士（瑞典Onsala天文臺）等人參與的研究團隊，最近在新星伽瑪射線輻射問題的觀測研究中取得了重要進展，揭開了來自經(jīng)典新星的高能伽馬射線的產(chǎn)生機制。并在Nature 雜志上發(fā)表論文公布了這一研究成果。

　　通過全球多個高靈敏度射電望遠鏡陣對一顆爆發(fā)于2012年的經(jīng)典新星V959 Mon（約距地球6500光年）的長期、多頻率、多分辨率的成圖觀測，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了神秘的高能伽馬射線的起源地，并認為雙星繞轉(zhuǎn)是所有經(jīng)典新星物質(zhì)拋射和高能輻射背后的主要驅(qū)動力。

　　新星是一類激變變星，由雙星系統(tǒng)中的白矮星吸積來自伴星的物質(zhì)而引起的熱核反應(yīng)，在此過程引發(fā)大量的物質(zhì)拋射，并伴有劇烈光度變化。伴星為主序星的新星，通常稱為經(jīng)典新星。由于新星的輻射機制由熱輻射為主導(dǎo)，故其輻射能量主要集中在光學(xué)波段上，并向兩邊延伸至在射電和X射線波段。若要在更高能的伽馬射線波段探測到新星，這似乎是不可能的。

　　但自2012年以來，美國航天局費米伽馬射線空間望遠鏡探測到了多個具有伽馬射線輻射的經(jīng)典新星。因此，如何產(chǎn)生高能的伽馬射線輻射就成了一個令人困惑的難題。

　　在空間費米望遠鏡檢測到新星V959 Mon高能伽馬射線之后不久，Laura Chomiuk博士領(lǐng)導(dǎo)的團隊迅速組織了美國地面甚大陣（VLA）的觀測，發(fā)現(xiàn)該星存在顯著的低頻射電輻射，難以用光學(xué)厚的常規(guī)熱輻射模型來解釋。隨后，該團隊進一步利用歐洲甚長基線干涉儀網(wǎng)（EVN）（注）和美國甚長基線干涉儀陣（VLBA）開展了更高分辨率的觀測，探測到一對具有極高亮溫度并緩慢向外運動的熱斑，見圖1左圖，進一步支持非熱輻射成份的存在。這些熱斑極可能示蹤了高速拋射物質(zhì)和低速物質(zhì)之間的相互作用面或激波。通過激波加速機制，熱斑中會產(chǎn)生大量的相對論性粒子，并進而激發(fā)高能伽馬射線，故這些熱斑就是伽瑪射線的搖籃。圖1的中圖和右圖揭示了后期的演化，其中以熱輻射主導(dǎo)的射電結(jié)構(gòu)在東西方向的膨脹速度明顯快于南北方向，而此前發(fā)現(xiàn)的這對高亮度致密熱斑的速度和位置恰好處于二者之間。因此在觀測上，東西方向先變得光學(xué)薄，射電亮度分布先是向東西方向擴張直至停止，隨后逐漸變得暗淡，而南北方向較晚地進入到光學(xué)薄階段，射電輻射強度分布的兩極從東西方向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳狈较颉?/p>

　　縱觀新星V959 Mon的射電結(jié)構(gòu)演化和高能伽馬射線的產(chǎn)生機制，該團隊認為雙星繞轉(zhuǎn)是主要驅(qū)動力，其演化可簡單分為三個階段，見圖2。（a）白矮星吸積伴星物質(zhì)并劇烈向外部拋射物質(zhì)（見黃色區(qū)域），其中靠近雙星繞轉(zhuǎn)軌道平面的物質(zhì)獲得額外的雙星軌道動能，從而拋射速度較快，并且密度較高；（b）同時白矮星向外吹出高速的星風(fēng) （見藍色區(qū)域），星風(fēng)沿著密度較低，基本垂直于雙星公轉(zhuǎn)軌道面的方向吹出，使此方向上的熱輻射迅速變得光學(xué)薄。同時，高速星風(fēng)和速度較低的拋射物質(zhì)之間相互作用，產(chǎn)生相互作用面或激波（見紅色區(qū)域），粒子在激波面上被有效地加速，產(chǎn)生非熱的射電輻射和高能伽馬射線；（c）星風(fēng)停止吹出，物質(zhì)逐漸冷卻，熱輻射也變得暗淡下來，而沿軌道運動的拋射物質(zhì)逐漸變得相對明亮起來。

　　上述演化模型適用于所有經(jīng)典新星，因此理論上所有新星都可能產(chǎn)生高能伽馬射線輻射，不過，大多新星可能距離相對較遠（亮度按距離的平方衰減），還有待于更高靈敏度的伽馬射線新星觀測去檢驗該模型。

　　詳細研究結(jié)果見Laura Chomiuk，Justin D. Linford, Jun Yang等人發(fā)表于英國《自然》雜志2014年10月8日出版的論文Binary orbits as the driver of gamma-­ray emission and mass ejection in classical novae。

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　　注：中國上海佘山25米射電望遠鏡和新疆烏魯木齊南山25米望遠鏡是歐洲甚長基線干涉儀網(wǎng)（EVN）的成員，并且長期參加EVN觀測。

　　圖1：伽馬射線新星V959 Mon的射電觀測圖像。左：伽瑪射線爆發(fā)后第91天（等值線輪廓圖）和113天（偽彩色圖像）的EVN觀測到的高亮致密射電團塊；中：第126天后美國VLA觀測獲得偽彩色圖像（等值線輪廓圖為第113天EVN觀測結(jié)果）；右：第615天的VLA觀測熱輻射結(jié)構(gòu)（偽彩色圖像）和第126天的VLA觀測熱輻射結(jié)構(gòu)（等值線輪廓圖）。

　　圖2：經(jīng)典新星射電結(jié)構(gòu)的演化模型和高能伽瑪射線形成機制示意圖。雙星互繞軌道平面和視線方向平行。黃色區(qū)域：熱核反應(yīng)所引起的拋射物質(zhì)；藍色區(qū)域：白矮星星風(fēng)；紅色區(qū)域：高速星風(fēng)和速度較低的拋射物質(zhì)之間產(chǎn)生激波，即高能粒子和伽馬射線的誕生地。詳細說明見正文。