来自M31的意外触发：伽玛暴抑或其他？
5月27日世界时21时24分27秒（北京时间5月28日5时24分27秒），用于监测伽玛暴的雨燕卫星被仙女星系M31中的一次意外事件触发。网络上随即出现了相关的报道，称其有可能是有史以来发生的距离最近的伽玛暴。抛开噱头不论，这次触发事件的事件真实身份到底是什么？虽然现在为它的性质下定论还为时尚早，不过已经可以从现有信息中梳理出一些脉络了。
雨燕卫星眼中的M31。（图片提供：NASA/Swift/Stefan Immler and Erin Grand）
首先必须要提到的是伽玛暴坐标网（GCN）提供的雨燕卫星观测通报（有兴趣者可以点击这里、这里还有这里），这也是最可靠的一手信息源。需要注意的是，所有这些通报都没有将此次触发冠以伽玛暴之名，而只是以“雨燕爆发预警望远镜（BAT）的第600114号触发”称呼之；标题也只是“明亮的X射线源”。换句话说，雨燕的官方小组并没有将这一事件定性为伽玛暴。
为什么呢？其实GCN通报中已经写得非常清楚了，“We caution that this is a faint BAT transient and the significance is lower than typical for GRBs”，也就是说这个事件亮度相对很弱，其探测的置信度也要比通常的伽玛暴明显为低。让我们用数据说话。通常高能观测探测的对象是单个光子，显然光子流量越高，这个源就越明亮。此次触发事件的峰值光子流量只有每秒每平方厘米0.6个光子（误差正负0.2）。作为对比，很多宇宙学距离上（最近的一个伽玛暴发生在上亿光年外）的正牌伽玛暴光子流量都要比这个数字大很多。随手从GCN中摘录两个新近的例子，GRB 140518A的峰值流量是每秒每平方厘米1个光子；红移2.4的GRB 140509A峰值流量是每秒每平方厘米1.6个光子。换句话说，M31的距离比通常的伽玛暴近得多，但光子流量却更低。换算成光度，这次事件只是每秒2-6×1041尔格，远比正牌伽玛暴为低。有报道称它处于伽玛暴的光度下限，不过考虑较暗的GRB 031203光度也还有每秒3.5×1048尔格，比它高出了7个数量级（亮暴如GRB 130427A之流，光度高达每秒3×1053尔格），这“下限”未免也下得太牵强。
这次事件持续的时间大约是55.2秒，光变曲线大致包括陡峭的上升（约10秒）以及随后缓慢的下降，听起来倒是让人不禁联想到典型伽玛暴的行为；不过实际的光变曲线形态却颇有些诡异，光子流量在本底之上有涨有落，与地震波颇为类似。它的时间积分光谱可以用单一的幂律来拟合，谱指数-2.35，比典型的伽玛暴要软一些。当然，需要注意的是，雨燕卫星探测能段较低，上限只有150 keV，所以它的光谱是否为单一幂律到底，还有待商榷。
此次触发事件的光变曲线。（图片提供：GCN）
作为对比，“正常”的伽玛暴光变曲线虽然各个不同，但是印象里真还没有遭遇过流量落到本底之下很低的情况。要知道，正统伽玛暴的光变曲线其实是拥有一定共性的，如累积光子流量通常随着时间的推移以简单的幂律形式增长，这样的规律也不太允许这次这种形态的光变曲线存在。以下是一个伽玛暴的例子（图片提供：GCN）：
事件发生的位置也很有意思。按照持续时间，此次事件若为伽玛暴，那显然是长暴。不过一般情况下长暴起源于大质量恒星死亡时的坍缩，所以自然与星系中的产星区成协。但是这一事件是发生在M31外围的，与年轻恒星聚集的星系旋臂距离较远：
雨燕卫星紫外/光学望远镜拍摄的事件天区图，圆圈表示事件所在的误差框。（图片提供：GCN）
更进一步，对雨燕卫星紫外/光学望远镜存档数据分析，这一区域附近存在一个属于M31的球状星团B045-G108（又名FMZ2005-7），它的位置略略偏离触发点，彼此间距大约是4.5角秒。考虑此次雨燕卫星的BAT对此事件的定位精度只有3角分，X射线望远镜虽然定位精度号称2.9角秒，但由于早期数据不足，具体位置还有待后续分析的改进，而且卫星触发后光学后续观测表明其u波段星等也与M31中典型的球状星团相符，事件发生在星团之内也不是没有可能的。当然，现在由于事件刚刚结束，后续观测还在进行中，下定论还为时尚早。如果能全面比较触发前后星团的影像，应该就可以判断出它在近年内是否发生过亮度的变化了。
球状星团B045-G108的多波段图像，上排左起：u、g、r；下排左起：i、z、K。（图片提供： Mark Peacock）
如果事件确实发生在这个星团之内，那么它就更不可能是伽玛暴了。球状星团年龄都很古老，成员星基本是低质量恒星。而考虑事件持续的时标较长，如果它是伽玛暴，那也应该是起源于大质量恒星坍缩的长暴，这样的现象是不会发生在古老的球状星团中的。不过若是吹毛求疵的话，球状星团内确实可能发生双致密星并合起源的伽玛暴，虽说这类爆发时标一般短于2秒，但也存在GRB 060614这样的疑似例外。那么此次事件有没有有可能属于这种情况？看起来应该是不大可能的。首先当然是过低的流量，其次是起源于双致密星并合的伽玛暴一般能谱较典型长暴偏硬，而这次的谱指数甚至还软于长暴。
那么它到底是什么？根据其快速光变来看，这应该是一场恒星级的事件。它的亮度虽然比普通伽玛暴低得多，但也达到了恒星级黑洞爱丁顿光度的数千倍（假设辐射源是各向同性的）。这样看来，可能性有若干种，包括超亮X射线源以及被相对论性集束效应增亮的其他现象（如低质量X射线双星）等等。对爆发的X射线数据后续分析干脆表明，这个辐射源可能根本就不是什么爆发现象，更可能是无意间将雨燕卫星触发的一个持续源3XMM J004143.0+413420（一般认为它正是前述星团中的某个或某几个低质量X射线双星），而早先公布的流量数据可能受到了M31内其他辐射源的干扰，并不准确。扣除可能的干扰之后，这个辐射源流量与先前对此天区的观测一致，光子流量计数也下降了一个数量级。同时光学观测也表明，这里并没有什么超出星团本身的辐射成分。
由此就有必要谈一下雨燕（也包括其他所有伽玛暴监测设备）的触发策略了，为什么会让不是伽玛暴甚至可能连爆发都不是的现象混水摸鱼？这样的设备一般是进行大视场巡天观测。简单来说，触发仪器都有预设的阈值，只要巡天期间发现视场内某点流量置信度超过阈值，就可以算作是一次触发，随即开展后续观测流程，包括卫星本体转向对准触发点，X射线和紫外/光学望远镜转向目标，同时将初步估计的坐标经由GCN传向空间和地面的其他设备供后续观测用。至于触发信号来自于什么现象，有些时候必须要分析数据并进行其他波段的后续观测才能确定。其实每年雨燕都会被一些非伽玛暴触发，这里有的是已知的X射线/伽玛射线源，有的是软伽玛射线复现源一类的其他爆发现象，不过全面的数据处理完全可以将它们区分开来。
至于这一事件的真实身份，还有待进一步的后续观测来澄清。毕竟爆发还只是不到一天之前发生的事情，想确定它的性质和演化，需要做的工作还有很多。
注：本文为约稿，发表于中国天文科普网，请勿转载。
