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最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

2024-02-17 16:47 来源:shouyoubus.com 作者:佚名

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“我们怀着敬畏之心,能够研究它是件非常幸运的事情”

在2022年10月9日,一束明亮的光芒掠过我们的星球,甚至使几颗卫星探测器暂时“失明”,所有的目光都聚焦在点亮天空的超强伽马射线暴上。伽马射线是宇宙中除大爆炸外已知的能量最高的爆炸类型,它的出现往往是黑洞诞生的迹象。

最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

短短几小时间,全球数以万计的望远镜指向了爆炸的源头,纷纷记录下这载入史册的一刻。这一事件有个绰号叫做“BOAT”(brightest of all time),官方名称是“GRB221009A”,科学家们希望通过它阐明在可怕的黑洞中的物理学知识。马里兰和乔治华盛顿大学的布兰登·奥康纳表示:“这是百年一遇,甚至是千年一遇的大事记,我们惊叹于它的出现,并十分庆幸自己有机会研究它。”

其实,伽马射线并不稀奇,几乎每天都有一束掠过地球,宇宙中出现的次数更加频繁。大质量恒星超新星爆炸中产生中子星,这一恒星尸骸逐渐燃尽了能量,坍塌引起的伽马射线仅闪耀几分之一秒。而由黑洞引起的伽马射线能长达几分钟,它从超新星爆炸中产生,吞噬了母星的大量物质,不得以巨大射流的形式喷射出来。

此次观察到的伽马射线暴相比以往格外突出,产生的光子轰击探测器长达十分钟,携带的能量远高于往常观测值。在18太电子伏特下,GRB221009A的光子能量是地球上最强大的粒子发生器——大型强子对撞机产生光子的两倍。伽马射线与宇宙尘埃相互作用产生的爆炸余波也很不寻常,尽管伽马射线源被银河系的厚带阻隔,但比之前所见的余辉都要闪耀,爆炸使地球大气层发生电离,干扰了长波无线电通信。

最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

布兰登·奥康纳表示,2022年10月14日,伽马射线发射五天后,我们借助智利的双子座南望远镜,追踪到了大约30 %伽马射线的来源,它来自于充满灰尘的人马座星系,也被称作箭星系。同时也带来了另一个惊喜,此次伽马射线暴相比以往离地球更近。

参加测量的西北大学学生吉利安·拉斯蒂内贾德说,该射线产生于大质量恒星的坍塌,这些恒星寿命很短。它们遵循宇宙中恒星的形成历史,所以恒星的形成越激烈,这些爆发也越多,大约是宇宙年龄的一半。然而,这次伽马射线暴发生时间较晚,距离我们更近。

天文学家推测GRB221009A来源于地球外24亿光年处,此前也观察过更近距离的射线暴,但这次能量高显得非常突出。“正是由于足够耀眼,我们有充足的时间挖掘更多细节”,布兰登·奥康纳指出,“目前至少有50台望远镜在全波段观测,我们能够最大限度地利用科学技术”。

实际上射线暴仅仅维持数分钟,但余波影响可持续数周。此外科学家们也致力于寻找超新星引发的爆炸,它向外喷射物质的速度更慢。布兰登·奥康纳说,我们目前的理解是大质量恒星向内坍缩形成黑洞,恒星的残骸不断被吸入,以喷流的形成从黑洞中喷射,并以接近光速运行,形成了伽马射线暴。同时,一部分残骸向外反弹,以较慢的速度运行,形成了超新星爆炸。

最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

最初形成的伽马射线暴与周围物质作用形成余波,拉斯蒂内贾德表示,该波长横跨电磁波范畴,在X射线和无线电波区域最适宜观察,科学家仍致力于观测射线余波,它首先被宇航局伽马射线追踪卫星Swift拍摄到,在爆炸后几小时在源头周围形成彩色环。

望远镜现在可以看到GRB221009A处超新星爆炸的最初迹象,拉斯蒂内贾德指出,未来几周爆炸现象将完全呈现在我们面前,但由于爆炸源位置受限,我们可能无法看到整个超新星爆炸消亡。它逐渐去往太阳后方,所以持续到今年11底,我们在明年2月才能再次观测。

她指出,2023年宇航局詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜将一同加入该项工作,分别贡献出它们超强的光学和红外探测能力。探索爆炸产生的能量是一个标志性事件,对于探究其中的化学物质亦是如此,我们对于宇宙中一些重元素的产生仍不清楚,研究超新星有助于我们破解谜题。

最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

20世纪60年代,用于窥视苏联核试验的军用卫星偶然发现了伽马射线,几十年间伽马射线仍是一个谜题,直到90年代,科学家们首次意识到,隐藏在宇宙中各个角落的伽马射线可能与恒星坍缩有关。

目前大量关于伽马射线的理解,仍然是基于理论计算和模拟,科学家们相信此次伽马射线暴将很好地修正之前的理论。科学家们将充分抓住这千载难逢的机会,未来几个月将有海量的文章发表出来。

尽管能量类似的爆炸为科学研究带来了福音,但科学家们并不希望这类大爆炸发生在地球附近,最好也不要在我们的星系中。科学家们认为从几千光年外射向地球的伽马射线会破坏臭氧层,引发大气变化最终产生冰河时代。事实上,一次类似的伽马射线暴造成了地球上五大物种灭绝事件之一—约4.4亿年前的奥陶纪物种大灭绝。

“幸运的是,此次喷流产生的伽马射线暴非常狭窄,只有几度宽”,布兰登·奥康纳表示,“如果它恰好发生在我们星系,直指我们,那可就危险了,不过好在这类现象发生的概率极低”。

补充解释:① NOIRLab:National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory

国家光学红外天文研究实验室

② NSF:National Science Foundation 国家科学基金会

③ AURA:Association of Universities for Research in Astronomy

大学天文研究联合组织

④ 太电子伏特亦即兆兆电子伏特,10^12 ev

⑤ LHC:Large Hadron Collider 大型强子对撞机

⑥ Swift:Swift Gamma-ray Burst Explorer 雨燕γ射线暴探测器

BY: Tereza Pultarova

FY: gxm

责任编辑:鹿角

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