天文学家刚刚看到了有史以来最强大的伽马射线爆发

发布者：鹰眼银狐 2022-12-28 16:05

伽马射线暴 (GRB) 是当今天文学家面临的最神秘的瞬变现象之一。这些令人难以置信的能量爆发是自大爆炸以来观察到的最强大的电磁事件，持续时间从几毫秒到几小时不等。虽然认为超新星爆炸期间会发生较长的爆发，但当大质量双星（黑洞和中子星）合并时，当大质量恒星经历引力坍缩并脱落其外层变成黑洞时，也会记录到较短的事件。

这些爆发的特征是伽马射线的初始闪光和寿命更长的“余辉”，通常以 X 射线、紫外线、无线电和其他更长的波长发射。 2022 年 10 月 14 日凌晨，两个独立的天文学家团队使用双子座南方望远镜观察 GRB 的后果，称为 GRB221009A。该事件位于人马座 24 亿光年外，可能是有记录以来最接近和最强大的爆炸，可能是由产生黑洞的超新星引发的。

当大质量恒星变成超新星时，会产生更持久的 GRB，产生一个残余黑洞并吹掉它们的外层。当喷射出的物质被加速到接近光速时，这种爆炸的力量会产生一股强大的射流，推动碎片并在它们到达太空时发射 X 射线和伽马射线。如果这些喷流沿地球的大致方向行进，天文学家会将它们视为 X 射线和伽马射线的明亮闪光。利用地球上和太空中一些最强大的望远镜的数据，天文学家能够对附近的 GRB 进行前所未有的观测。

两颗合并中子星的想象

GRB221009A 于 2022 年 10 月 9 日上午首次被 X 射线和伽马射线太空望远镜探测到——包括美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜、尼尔格勒斯斯威夫特天文台和 Wind 宇宙飞船。几乎立即，世界各地的天文台就竞相进行后续观测并确定结果。使用双子座南方望远镜（由 NOIRLab 运营），两个独立的团队对强大事件的余辉进行了快速的机会目标 (ToO) 观测。

这些团队由马里兰大学和乔治华盛顿大学的研究生观测天文学家 Brendan O'Connor 和 Jillian Rastinejad 博士领导。西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心 (CIERA) 的学生。两个团队分别使用 Gemini South 的 FLAMINGOS-2 近红外成像仪器和 Gemini 多目标光谱仪 (GMOS) 获得了对余辉的最早观测结果。

正如 Rastinejad 在最近的 NOIRLab 新闻稿中解释的那样，他们的组合数据集产生了可能是有史以来观测到的最亮的 GRB 图像：

“在我们的研究小组中，我们一直将这次爆发称为‘BOAT’，或有记录以来最亮的爆发，因为当你观察自 1990 年代以来伽马射线望远镜探测到的数千次爆发时，这次爆发是独一无二的。双子座的灵敏度和多样化的仪器套件将帮助我们比大多数地面望远镜更晚地观察 GRB221009A 的光学对应物。这将帮助我们了解是什么让这个亚伽马射线爆发如此独特地明亮和充满活力。

团队进行观测的速度证明了双子座天文台的基础设施和数据缩减软件——包括快速初始缩减引擎 (FIRE) 和双子座天文台南北 (DRAGONS) 平台的天文数据缩减。不久之后，美国宇航局的伽马射线坐标网络开始充满来自世界各地天文台的报告。根据现有数据，科学家们认为 GRB 是一颗质量为太阳数倍的恒星坍缩的结果，它产生了一个黑洞。

更重要的是，来自该事件的数据可能有助于解决关于 GRB 的持续谜团。虽然大多数伽马射线爆发是在遥远的星系中观察到的，但有些似乎是来自星际空间的孤立闪光。这引发了关于 GRB 的真实起源和距离的问题，许多天文学家推测一些短爆发起源于星系际介质 (IGM)。然而，这些结果表明，过去短 GRB 可能比预期的更常见。

艺术家对两颗中子星碰撞的印象，称为“千新星”事件

研究小组回顾了美国宇航局的尼尔这一结论是在 Gehrels Swift 天文台的两个主要仪器，即爆发警报望远镜 (BAT) 和 Swift X 射线望远镜观测到的 120 个短 GRB 的数据后得出的，这两个仪器检测爆发并检查 X 射线余辉。他们将这一点与洛厄尔发现望远镜 (LDT) 的额外余辉研究相结合，发现 43 个短 GRB 与任何已知星系无关，并且发生在星系之间相对空旷的空间中。正如奥康纳在马里兰大学的新闻报道中解释的那样：

“在距离我们相对较近的明亮星系中发现了许多短伽马射线暴，但其中一些似乎没有对应的星系。通过查明短伽马射线暴的起源，我们能够梳理大量的来自双子座望远镜等天文台的数据，以发现以前距离太远而无法识别的微弱星系。”

这些发现也可能对我们对早期宇宙的理解产生影响。近年来，天文学家发现了黄金和铂等贵金属可能来自数十亿年前发生的中子星合并的证据。如果这些事件在过去更常见，这可能意味着宇宙比预期更早地播种了贵金属。同时，该事件的动态性质使其成为天文学家一生一次的机会。正如奥康纳所解释的：

“超长的 GRB 221009A 是有记录以来最亮的 GRB，它的余辉打破了所有波长的所有记录。因为这次爆发是如此明亮且离我们如此之近，我们认为这是一个百年一遇的机会，一些从黑洞的形成到暗物质模型的测试，关于这些爆发的最基本问题都可以得到解决。”

由于它相对靠近地球，该事件也是一个独特的机会，可以研究比铁更重的元素（在恒星内部形成）的起源，以及它们是来自中子星合并还是恒星坍缩。最后但并非最不重要的一点是，该事件还对地球电离层造成了干扰，影响了长波无线电传输并产生了中国大型高空空气簇射天文台探测到的非常高能（18 MeV）的光子。

这些光子如何在 24 亿年的地球之旅中幸存下来是一个谜。因此，这些数据可以揭示物理定律在极端情况下如何表现的新见解，并允许天体物理学预测 GRB 未来可能对地球产生的影响。

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