什么是伽马射线暴?

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1967年,美国空军一颗名为“船帆”的卫星首次发现了这一神秘现象。据美国国家航空航天局介绍,探测器的设计初衷是为了监视苏联的秘密核试验,但最终却发现了来自太阳系之外的伽马射线——最强大的电磁辐射。当这样的事件发生时,它将短暂地成为可观测宇宙中最亮的伽马射线。

伽马暴是宇宙中最强烈、最明亮的爆炸,被认为是在黑洞形成过程中产生的。尽管伽马暴只持续几秒钟,但它产生的能量与太阳存在100亿年所释放的能量相当。

1967年,美国空军一颗名为“船帆”的卫星首次发现了这一神秘现象。据美国国家航空航天局介绍,探测器的设计初衷是为了监视苏联的秘密核试验,但最终却发现了来自太阳系之外的伽马射线——最强大的电磁辐射。当这样的事件发生时,它将短暂地成为可观测宇宙中最亮的伽马射线

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这个艺术家的印象显示了早期宇宙中的两个星系。左边明亮的爆炸是伽马暴。爆炸发出的穿过这两个星系到达地球(在右边的框架外)。(Image: © ESO/L. Calçada)

直到1991年,天文学家才利用爆发和瞬态源实验(BATSE)启动了康普顿伽马射线天文台,该实验每天大约发现一个新的伽马射线爆发。根据澳大利亚斯威本科技大学的研究,BATSE发现伽马暴在天空中均匀分布,这意味着它们在宇宙中无处不在。BATSE还指出,有两种具有明显特征的伽马暴:一种持续2到30秒,另一种持续不到2秒。

从那以后,研究人员通过开发一个快速反应卫星网络和地面天文台,对伽马暴有了更多的了解。一旦探测到伽马暴,这些卫星和地面天文台就会聚在一起。这个网络提供的数据显示,伽马暴位于数十亿光年之外的星系中,在最初的伽马射线耀斑之后,爆发的源头会产生一种能量较低波长的余辉。

伽马暴从何而来?

美国国家航空航天局(NASA)介绍,人们已经发现,寿命较长的伽玛射线暴与一种名为“超级新星”(hypernovas)的超富超新星有关。这种超级新星是指质量太阳5到10倍的恒星死亡并内爆进入黑洞。超新星的亮度是一般超新星的100倍,被认为是由自转速度特别快或磁特别强的恒星产生的,它们的燃烧提供了额外的能量。

但在2005年以前,占此类事件30%的短时间伽马暴一直是个,主要是因为它们的速度太快,而且转瞬即逝,无法进行后续观测。在2004年推出后,美国宇航局的Neil Gehrels斯威夫特天文台(以前称为迅速伽马射线Explorer)终于能够记录足够的数据来看到短暂的伽马暴的余辉,找出可能导致当两个恒星尸体被称为超密中子星碰撞,形成了一个黑洞,黑洞或者当吃了一颗中子星

这样的爆发是如此强烈,以至于它们在时空结构中产生了被称为引力波的涟漪。既然研究人员已经启动了激干涉引力天文台(LIGO),它可以探测到这些碰撞产生的引力波,他们就有望收集到更多关于短时间伽马射线爆发过程的信息。

仍然充满神秘

关于伽马暴还有许多未知的东西。最近的观测表明,从伽马射线爆发中发出的子都在同一个方向上振荡,但由于某种原因,方向会随着时间而改变。“这可能是什么,我们真的不知道,”瑞士日内瓦大学(University of Geneva)的科学家、该研究的主要研究人员之一梅林·科尔(Merlin Kole)在2019年的这一发现后发表声明说。

伽马射线暴似乎也将能量集中在一个狭窄的束上,而不是均匀地向各个方向发射,这意味着我们的卫星丢失了许多这样的能量。天文学家估计,虽然卫星每天大约观测到一次伽马射线爆发,但同一时期内大约有500次伽马射线爆发。

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大范围望远镜拍摄的绿色小点显示了伽马射线在天空中的爆发位置。(Image credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)

到目前为止,伽马暴只在遥远的星系中被发现。然而,在我们的银河系中也有可能发生。奥陶纪大灭绝——地球历史上五大灭绝事件之一——发生在大约4.5亿年前,可能是由伽马射线爆发引发的冰河时代造成的。如果在地球附近发生新的伽马射线爆发,它将剥去我们星球的保护臭氧层,使所有的生命暴露在致命的紫外线辐射下。因此,尽管科学家们可能会很高兴有一天有机会近距离观察到伽马暴,但他们也不会介意在我们的星系中没有观测到伽马暴。

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