破纪录的伽马射线暴似乎由被膨胀恒星吞噬的黑洞引发

2025年7月2日，美国国家航空航天局（NASA）的费米伽马射线暴监测器（Fermi-GBM）捕获了大约三小时的信号，这些信号似乎来自同一源头。当科学家们将这些数据与其他多种仪器接收到的信号，如爱因斯坦探测器（EP）宽视场X射线望远镜和俄罗斯伽马射线光谱仪Konus-Wind的数据相结合时，他们发现自己正在研究的是有记录以来持续时间最长的伽马射线暴（GRB）。这场被科学家称为“GRB 250702B”的伽马射线暴持续时间约为25000秒（约7小时），比之前的纪录保持者GRB 111209A长了10000秒。

过去探测到的大多数伽马射线暴只持续不到一秒到几分钟不等。因此，太空中如此长时间的强大伽马辐射爆发是很罕见的。然而，这些超长伽马射线暴确实会发生，而且在大多数情况下，科学家们已经找到了合理的解释。大多数持续时间长的伽马射线暴与名为塌缩星的大质量恒星的坍缩有关，而短伽马射线暴则与中子星合并有关。但是，当科学家们计算GRB 250702B的各种特性时，它并不完全符合之前任何关于伽马射线暴起源的解释模式。

在一篇新的《arXiv》预印本中，50多名科学家联合起来，试图弄清楚GRB 250702B是如何发生的、为什么会发生以及起源于何处。在论文中，研究团队分析了所有可用的数据，结合光变曲线和光谱数据来描述该事件的持续时间、变化性和能量学特征。然后，他们研究了可能导致不同类型伽马射线暴事件的各种情景，以确定哪种情景最符合GRB 250702B所呈现的情况。

除了持续时间长之外，GRB 250702B的数据表明，它具有异常高的峰值能量，且在其静止参考系中的最小变化时标（MVT）约为1秒或0.5秒。最小变化时标可以在一定程度上反映 “恒星发动机” 的质量，也就是说，它有助于确定涉及哪些结构，如恒星或黑洞。

“我们发现了一个硬光谱、亚秒级变化和高总能量，这些特性只出现在由快速旋转的恒星质量中心发动机驱动的超相对论喷流中。这些特性和极长的持续时间与所有已确认的伽马射线暴起源以及文献中的几乎所有模型都不相符，” 该研究的作者写道。

由于持续时间超长，涉及塌缩星的模型并不适用，因为整个恒星 “旋转散开” 会导致塌缩星存在时间上限。

作者们接着排除了许多可能性：“我们探测到的约10兆电子伏特静止参考系光子以及莱万团队对宿主星系的识别，排除了X射线双星和其他星系源的可能性。磁星巨耀斑和中子星合并由于持续时间短了几个数量级而被排除。白矮星合并、碳氧塌缩星、氦塌缩星和双氦星合并也被排除，因为它们的持续时间无法再现中心发动机的总时间，相差约两个数量级，而且每种情况都会预测在早期出现峰值功率，这与GRB 250702B中观测到的峰值功率显著延迟的情况相反。”

伽马射线暴与另一个星系中心的超大质量黑洞有关的想法也被排除。数据表明，虽然GRB 250702B位于另一个遥远的星系，但它并不在该星系的中心。

最终，除了一种解释外，所有关于起源的解释都不成立。研究团队发现，“氦合并模型” 最能解释这一事件，即一个黑洞落入并从内部吞噬一颗剥离的恒星，在较长时间内释放能量，最后以超新星爆发结束。两者存在于一个双星系统中，当一颗恒星在燃烧氢和氦时开始膨胀，这可能会使黑洞的位置偏移，导致它落入膨胀的恒星中。

“大质量恒星会经历一系列膨胀阶段，在双星系统中，这可能会导致双星伴星沉浸在膨胀的恒星包层中。在这种共包层情景下（通过潮汐力或弓形激波产生的摩擦）轨道角动量的损失会导致双星轨道缩小，” 作者们解释道。

这就导致了像GRB 250702B这样长时间且高能量的伽马射线暴的出现。

“从轨道上损失的角动量进入氦星，当黑洞到达核心中心时，这种高角动量将导致氦核通过一个吸积盘吸积物质。这个吸积盘可以产生驱动喷流所需的磁场，而吸积盘中的粘性会产生强风。这将使恒星爆炸并产生超新星，类似于塌缩星中的超新星发动机，” 作者们写道。

该团队希望未来能看到更多这样的事件，以进一步完善这个令人兴奋的新想法。像维拉·鲁宾天文台的时空遗产调查等新望远镜，与目前正在使用的望远镜相结合，可能会使这一想法成为可能。