两次相隔近三十年的高能爆发，可能共享相似的振荡“时钟”。研究人员重新分析短伽马射线暴GRB 910711，并将其与河外磁陀星巨耀发GRB 200415A比较，发现两者不仅具有相似的快速光变，还呈现出围绕约360赫兹展开的类谐波结构。结合能谱和能量分析，这些证据支持GRB 910711可能源于磁陀星巨耀发，为辨认这类短暂爆发的真实起源提供了新线索。

2026年10月28日，南京大学天文与空间科学学院联合麻省理工学院物理系及卡夫里天体物理与空间研究所等单位，在《科学进展》（Science Advances）发表题为“Harmonic brightness oscillations point to magnetar giant flares in rare short gamma-ray bursts”的研究论文。

高频振荡带来的起源之问

伽马射线暴是宇宙中最剧烈的高能爆发现象之一，往往来自遥远的河外星系。按照持续时间的2秒之界，天文学家通常将它们分为长暴和短暴：前者主要与大质量恒星坍缩有关，后者主要与致密天体并合有关。在这些灾变事件中，为接近光速的喷流提供能量的核心系统被称为“中心引擎”。它究竟是黑洞及其周围的吸积物质，还是快速旋转、磁场极强的中子星，一直是研究的核心问题。

双中子星并合产生的引力波，为辨认中心引擎提供了一条线索。基于广义相对论的数值模拟表明，并合后若留下一颗短暂存活的超大质量中子星，其振动可在引力波中留下千赫兹特征。那么，这种振动能否也通过喷流，在伽马射线中留下痕迹？

2023年，Cecilia Chirenti及合作者在《自然》报道[1]，在GRB 910711和GRB 931101B中发现了千赫兹准周期振荡——即近似重复、却并非严格周期性的亮度变化，特征频率约为1,000赫兹和2,600赫兹，与数值模拟的预期相符。这些信号曾被解释为并合后短暂存活的中子星遗迹留下的痕迹。

不过，从中心引擎到伽马射线之间，还隔着一段复杂的物理过程。伽马射线通常并非产生于引擎近旁，而是来自已经远离引擎的喷流内部；喷流的演化，以及不同发光区域信号的叠加，都可能削弱快速变化。陈润潮及合作者2025年发表于《自然·天文学》的研究提出[2]，有序强磁场与特定辐射结构或许能保留引擎的旋转节律；并合遗迹的振动能否以同样方式传递，仍需检验。

南京大学张彬彬教授团队与麻省理工学院Ore Gottlieb等合作者因此重新审视GRB 910711。研究团队发现，它的低能端异常“硬”：用常见模型拟合时，低能谱指数明显超出了常规光学薄非热辐射所允许的范围，这在短伽马射线暴中十分少见。相比之下，黑体辐射模型可以描述这一能谱，提示观测到的光子可能来自一个致密、高温、并经历多次散射的环境。

矛盾随之而来：就算中心引擎的振荡能传进喷流，经过如此反复的散射，规律的信号还能保留多少？多次散射会让光子走上长短不一的路径，到达时间被拉散，原有的节律也就被削弱甚至抹平。能谱与振荡，单看都有解释，放进同一幅图景却彼此冲突——如何同时解释两者，成为理解这一事件的关键。

“在一次会议上，我和彬彬讨论了磁陀星巨耀发能否提供另一种解释。随后数据揭示的相似之处，让我们有理由继续探索。弄清哪些事件真正来自并合，与理解并合本身如何发生，同样重要。”论文通讯作者Ore Gottlieb回忆道。

两次爆发呈现相似的光变轮廓

磁陀星是一类拥有极强磁场的中子星，偶尔会突然释放大量磁能，产生巨耀发。如果爆发发生在邻近的河外星系，明亮、短促的初始闪光仍可能被探测到，持续较久、随自转起伏的微弱尾部却容易淹没在背景中，因而看起来很像短伽马射线暴。异常硬的能谱本可以作为辨别的依据，但在缺少精确定位时，二者的来源仍可能混淆。

GRB 200415A为检验这一解释提供了重要参照。这次来自邻近星系NGC 253的磁陀星巨耀发，也曾显露千赫兹振荡。Castro-Tirado及合作者2021年发表于《自然》的研究[3]，在其主峰中报告了约2,132赫兹和4,250赫兹的信号。

团队发现，GRB 910711与GRB 200415A都有持续约10毫秒的明亮尖峰，随后接上一段约100—200毫秒的较弱衰减辐射；尖峰内部还包含远短于一毫秒的精细结构。考虑到探测灵敏度，并把GRB 200415A的表观亮度按比例调低后，它的光变曲线可以再现GRB 910711的主要形态，提示两者可能属于同一类爆发。

图1-两次爆发的光变形态对比。A为以2毫秒分箱的光变曲线；B用分段方法突出明亮尖峰与较弱尾部；C放大初始尖峰，展示远短于一毫秒的精细结构。两次爆发都具有快速上升、随后衰减的形态。图源：研究论文图1。

多个频率之间的关联提供更强线索

相似之处还出现在亮度变化的频率中。两次爆发都在约2,100赫兹附近出现准周期振荡特征，并在350—360赫兹附近出现信号增强。单独看约360赫兹的峰，统计证据仍有限；更有辨识力的线索，是多个频率之间的共同规律。

团队发现，两次爆发中的多个振荡特征接近360赫兹的整数倍，最高达到四千多赫兹，犹如同一音高上的一串泛音（物理上称为谐波）。进一步的“双谱”分析同时考察两个频率及其和频，发现其中部分成分呈现出与非线性耦合相符的关联。这提示，这些频率可能并非“各响各的”，而是来自相互联系的振荡过程。

为检验这些特征是否可能仅由爆发本身的明暗变化和随机噪声产生，研究人员根据拟合的光变轮廓，加入光子计数的随机涨落，生成了大量模拟光变曲线，并采用与真实数据相同的方法进行双谱分析。在这一假设下，模拟很少出现与观测同样强的候选谐波联合特征，为这些频率可能构成类谐波结构提供了进一步支持。

这一结果仍有明确边界：约10毫秒的尖峰只容纳约三至四个360赫兹周期，尚不足以可靠检验不同成分是否保持稳定的相位关系。360赫兹目前应理解为描述这组频率的特征尺度，不能直接认定为磁陀星的固有基频，更不能当作它的自转频率。

图2　两次爆发中的类谐波结构。上部为光变曲线与时频谱，红色箭头标示接近360赫兹整数倍的候选频率；下部为双谱幅值分布，用于考察频率f₁、f₂及其和频f₁＋f₂的关联。部分亮斑与上方的候选谐波相呼应，为频率成分之间的联系提供线索，但不等同于已证实稳定的相位锁定。图源：研究论文图3。

多条证据支持磁陀星起源

能量分析也显示，磁陀星解释是可行的。GRB 910711的距离尚不清楚，因而无法直接确定它释放了多少能量；但如果它位于约5500万秒差距（约1.8亿光年）以内，其能谱峰值与辐射能量的组合就可与已知磁陀星巨耀发相容。团队在相应距离和定位范围内找到了17个潜在宿主星系，它们的光度特征更接近仍在形成恒星的矮星系，但目前尚未确定具体宿主。需要说明的是，这里的距离范围是检验该解释的条件，并非已经测得的距离。

相似的光变形态、异常能谱、类谐波结构与能量上的相容性，共同支持GRB 910711的磁陀星巨耀发起源。如果这一解释得到进一步确认，它可能是BATSE探测器记录到的首例河外磁陀星巨耀发。这也提醒研究者，在用罕见高频振荡推断并合遗迹性质之前，需要同时检查爆发本身是否可能有其他起源。

“这类结构或许能提供一条新的辨认线索。”论文通讯作者张彬彬教授表示，“随着未来更为灵敏的空间探测器捕捉到此类事件更多光子和更细微的时间变化，这类信息有望发挥更大作用。当然，目前还不足以一锤定音，我们会继续结合理论与观测，追查这些振荡的来源。”

两次独立爆发为何呈现相近的频率尺度，仍是一个开放问题。它可能与磁陀星外部磁场或星体内部的振动有关，也可能受到有限数据的影响。现有观测并未确立普适的“360赫兹时钟”。未来更灵敏的探测和更多同类事件，将帮助检验这一规律，并追查振动如何转化为高能闪光。

“发现罕见的振荡只是开始。”论文第一作者、通讯作者陈润潮说，“越是引人注目的信号，越需要结合能谱、光变和多波段观测，检查它的物理背景。发现一种节律令人兴奋，但弄清是谁在产生这种节律，才是我们真正想回答的问题。”

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee6388 

第一作者：陈润潮

通讯作者：陈润潮、Ore Gottlieb、张彬彬

资助信息：本研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家SKA专项、中国载人航天工程科学研究项目、中央高校基本科研业务费和江苏省双创计划等支持；合作作者同时获得Flatiron Research Fellowship、Simons Collaboration on Extreme Electrodynamics of Compact Sources及Simons Investigator Grant资助。

参考文献

[1] C. Chirenti et al. (2023). Kilohertz quasiperiodic oscillations in short gamma-ray bursts. Nature, 613, 253–256. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05497-0

[2] R.-C. Chen et al. (2025). Evidence for a brief appearance of gamma-ray periodicity after a compact star merger. Nature Astronomy. https://doi.org/10.1038/s41550-025-02649-w

[3] A. J. Castro-Tirado et al. (2021). Very-high-frequency oscillations in the main peak of a magnetar giant flare. Nature, 600, 621. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04101-1