比十亿个太阳还要亮 伽马射线暴 继续让人吃惊

1967年7月,在冷战的高峰期,为寻找苏联核武器试验而发射的美国卫星发现了完全出乎意料的东西(www.51rn.cn)。

维拉3号和4号卫星观察到了短暂的高能光子或伽马射线的闪烁,它们似乎来自太空。

后来,在1973年的一篇论文中,天文学家汇编了十几个这样的神秘事件,将它们称为伽马射线暴。

从那时起,物理学家们就一直试图了解这些爆炸是什么。

在最初的发现之后,天文学家们争论这些伽马射线的爆发来自哪里--这是关于什么东西在为它们提供动力的关键线索。

一些人认为,这样的亮源一定在附近,在我们的太阳系。

另一些人则认为它们在我们的银河系,还有一些人认为在宇宙之外。

理论比比皆是,数据却没有。

然后在1997年,一个名为BeppoSAX的意大利和荷兰卫星证实,伽马射线暴是银河系外的,在某些情况下起源于许多亿光年之外。

这一发现是令人困惑的。

天文学者意识到,造成这些物体的事件必须有几乎难以想象的力量。

物理学家们认为,不可能从宇宙中的任何物体的爆炸中获得那么多的能量。

伽马射线暴发出的能量与超新星相同,超新星是由一颗恒星坍缩和爆炸引起的,但只需几秒钟或几分钟,而不是几周。

它们的峰值亮度可以是我们太阳的1000亿倍,甚至比最亮的超新星还要多10亿倍。

事实证明,它们离我们如此之远是很幸运的。

如果在我们的星系中有一个伽马射线暴,其喷射口指向我们,你所希望的最好的事情就是快速消亡。

伽马射线暴有两种,长和短。

前者可以持续数分钟左右,被认为是由质量超过太阳20倍的恒星坍缩成黑洞并作为超新星爆炸而产生。

后者只持续一秒钟左右,是由两颗中子星合并造成的(也可能是一颗中子星与黑洞合并),这在2017年得到证实,当时引力波观测站探测到一颗中子星合并,美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜捕捉到相关的伽马射线爆发。

在每个例子中,伽马射线暴都不是来自爆炸本身。

相反,它来自于以低于光速一小部分的速度移动的喷流,这些喷流从爆炸中向相反方向发射出来。

为喷流提供动力的确切机制仍然是一个非常基本的问题。

正是这种高能量的速度和聚焦成喷流的结合,使它们变得极其明亮。

平均而言,人们认为在可见的宇宙中每天都有一个可观测的伽马射线暴。

研究伽马射线暴的唯一方法是从太空中观察它们,因为地球的臭氧层阻止伽马射线到达地表。

但是当伽马射线进入我们的大气层时,它们会与其他粒子碰撞。

这些粒子在空气中被推得比光速还快,这导致它们发出一种被称为切伦科夫辐射的蓝色光辉。

然后,科学家们可以扫描这些蓝色的光爆。

由于我们的大气层比单一的望远镜有更大的收集区域,这种搜索策略使天体物理学家有更大的机会找到最高能量的伽马射线暴,而这些伽马射线暴是罕见的,很难发现。

2018年7月,纳米比亚的一个名为高能立体系统(HESS)的天线阵列首次观测到了这样一个超高能的爆发。

辐射不是来自最初的伽马射线暴本身,而是来自一种叫做余辉的效应。

在这种情况下,伽马射线暴的喷流与恒星在变成超新星时抛出的物质相碰撞。

碰撞将粒子加速到高速,产生电磁辐射,然后到达地球。

现在,科学家们已经观察到了伽马射线暴最长的高能余辉,在10亿光年的相对近距离上--长达56小时。

研究人员发现,较高能量的持续时间比2018年的结果长5倍以上。

伽马射线暴及其余辉在我们对宇宙的理解中也能发挥重要作用。

超新星和中子星合并被认为产生了宇宙的重元素,如金和铂。

由于暴光为了解这些事件之后的残骸提供了一个窗口,科学家们可以利用它们来追踪宇宙的化学成分在宇宙时间中的变化。

像切伦科夫望远镜阵列这样的未来仪器将于2023年上线,可以更详细地研究这些神秘的爆炸。

科学家们也希望澄清,在伽马射线暴中心产生的物体是黑洞还是中子星。

在它们被意外发现的半个世纪后,科学家们现在正开始以前所未有的方式研究这些事件。

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