伽馬射線暴：從宇宙最強大的爆炸中獲取知識
作者:熱點 來源:時尚 瀏覽: 【大 中 小】 發(fā)布時間:2025-11-27 04:09:33 評論數(shù):
（神秘的伽馬地球uux.cn）據(jù)美國宇航局（作者：詹娜·阿哈特）：已知宇宙中最強大的事件——伽馬射線暴（grb）——是最高能量光的短暫爆發(fā)。它們爆發(fā)時的射線識亮度是太陽的五萬億分之一（10后面跟著18個零）。現(xiàn)在，暴從爆炸麗江同城外圍上門外圍女上門（電話微信180-4582-8235）提供1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達人們認為這預示著新黑洞的宇宙誕生，但它們是最強中獲被意外發(fā)現(xiàn)的。
在這位藝術家的概念中，兩顆中子星開始融合，伽馬爆發(fā)出高速粒子射流。射線識像這樣的暴從爆炸碰撞事件會產(chǎn)生短暫的伽馬射線爆發(fā)。致謝:uux.cn/美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/索諾瑪州立大學A. Simonnet
背景故事將我們帶到1963年，宇宙當時美國空軍發(fā)射了Vela衛(wèi)星來探測被禁止的最強中獲核武器試驗產(chǎn)生的伽馬射線。美國剛剛與英國和蘇聯(lián)簽署了一項禁止在地球大氣層內進行試驗的取知條約，Vela衛(wèi)星確保了各方的伽馬遵守。相反，射線識衛(wèi)星偶然發(fā)現(xiàn)了16次伽馬射線事件。暴從爆炸到1973年，科學家們可以排除地球和太陽都是麗江同城外圍上門外圍女上門（電話微信180-4582-8235）提供1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達這些輝煌爆發(fā)的來源。當時洛斯阿拉莫斯國家實驗室的天文學家發(fā)表了第一篇論文，宣布這些爆發(fā)源自太陽系之外。美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的科學家通過IMP 6衛(wèi)星上的X射線探測器迅速確認了這一結果。意大利航天局的BeppoSax和美國國家航空航天局的康普頓伽馬射線天文臺的貢獻還需要20年才能證明這些爆發(fā)發(fā)生在我們銀河系以外的地方，均勻分布在天空中，而且非常強大。有記錄以來最近的GRB發(fā)生在1億多光年之外。
盡管是偶然發(fā)現(xiàn)的，伽馬射線暴對今天的研究人員來說已經(jīng)證明是無價的。這些閃光富含對一些現(xiàn)象的洞察力，如超大質量恒星生命的終結或遙遠星系中黑洞的形成。
盡管如此，仍有大量的科學瑰寶有待發(fā)現(xiàn)。2017年，伽馬射線暴首次與引力波——時空結構中的波紋——聯(lián)系起來，引導我們更好地理解這些事件是如何發(fā)生的。
伽瑪暴的長與短
天文學家將伽馬射線暴分為兩大類:短事件（伽馬射線的初始爆發(fā)持續(xù)不到兩秒鐘）和長事件（持續(xù)兩秒鐘或更長時間）。
較短的爆發(fā)總體上也產(chǎn)生較少的伽馬射線，這使研究人員假設這兩類射線來自不同的祖系統(tǒng)。
天文學家現(xiàn)在將短暫的爆發(fā)與兩顆中子星或一顆中子星和一個黑洞的碰撞聯(lián)系起來，從而導致黑洞和短暫的爆炸。短伽馬射線暴之后有時會出現(xiàn)基諾娃，這是化學元素放射性衰變產(chǎn)生的光。這種衰變會產(chǎn)生更重的元素，如金、銀和鉑。
長爆發(fā)與大質量恒星的爆炸死亡有關。當一顆大質量恒星耗盡核燃料時，它的核心會坍塌，然后反彈，推動沖擊波向外穿過恒星。天文學家將這次爆炸視為超新星。核心可能形成中子星或黑洞。
在這兩類黑洞中，新生黑洞向相反的方向噴射。由加速到接近光速的粒子組成的射流穿透周圍的物質并最終與它們相互作用，當它們這樣做時會釋放出伽馬射線。
在這位藝術家的概念中，當大質量恒星爆炸時，它會產(chǎn)生高能粒子射流。當這種粒子幾乎直接指向地球時，我們就能看到伽馬射線暴。信用:uux.cn/美國國家航空航天局/斯威夫特/克魯茲·德維爾德
不過，這一大致輪廓并不是最終結論。天文學家對伽馬射線暴研究得越多，他們就越有可能遇到挑戰(zhàn)當前分類的事件。
2020年8月，美國國家航空航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡追蹤到一個名為GRB 200826A的第二長爆發(fā)，距離60多億光年。它應該屬于由致密天體合并引發(fā)的短時爆發(fā)類。然而，這一事件的其他特征——如它產(chǎn)生的超新星——表明它源于一顆大質量恒星的坍縮。天文學家認為這次爆發(fā)可能在達到長爆發(fā)的典型持續(xù)時間之前就已經(jīng)結束了。
費米和美國國家航空航天局的尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺在2021年12月捕捉到了它的對應數(shù)字GRB 211211A。該爆發(fā)位于10億光年之外，持續(xù)了大約一分鐘。雖然這使它成為一個長GRB，但它后面是一個基洛諾瓦，這表明它是由合并引發(fā)的。一些研究人員將這次爆發(fā)的怪異之處歸因于中子星與黑洞伴侶的合并。
隨著天文學家發(fā)現(xiàn)更多持續(xù)數(shù)小時的爆發(fā)，可能仍有一個新的類別正在形成:超長伽瑪暴。大質量恒星死亡產(chǎn)生的能量可能無法維持爆發(fā)這么長時間，因此科學家必須尋找不同的來源。
一些人認為超長爆發(fā)發(fā)生在新生的磁星上——這些中子星自轉速度快，磁場比平均水平強一千倍。還有人說，這個新的類別需要宇宙中最大的恒星居民——藍色超巨星的力量。研究人員繼續(xù)探索超長伽瑪暴。
余輝散發(fā)出新的光芒
雖然伽馬射線是能量最高的一種光，但它們肯定不是最容易被發(fā)現(xiàn)的。我們的眼睛只能看到電磁波譜的一個窄帶。研究這個范圍之外的任何光線，如伽馬射線，都與我們的科學家和工程師開發(fā)的儀器密切相關。這種對技術的需求，加上伽瑪暴本來就轉瞬即逝的特性，使得爆發(fā)在早期更難研究。
哈勃太空望遠鏡的寬視場相機3揭示了GRB 221009A及其主星系的紅外余輝（圈起來的部分），從爆發(fā)處向左上方延伸出一條細長的光線。學分:uux.cn/美國國家航空航天局、歐空局、加空局、STScI、A. Levan（拉德布德大學）；圖像處理:Gladys Kober
當噴流中的物質與周圍的氣體相互作用時，就會出現(xiàn)GRB余輝。
余輝發(fā)出無線電、紅外線、光學、紫外線、X射線以及伽馬射線光，這提供了關于原始爆發(fā)的更多數(shù)據(jù)。余輝也比最初爆炸持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天（甚至數(shù)年），為發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了更多機會。
研究余輝成為推斷不同爆發(fā)背后驅動力的關鍵。在長時間的爆發(fā)中，隨著余輝變暗，科學家們最終看到源再次變亮，因為潛在的超新星變得可以探測到。
盡管光是宇宙中最快的旅行者，但它無法瞬間到達我們身邊。當我們探測到一次爆發(fā)時，可能已經(jīng)過去了數(shù)百萬到數(shù)十億年，這使我們能夠通過遙遠的余輝探索早期宇宙的一些情況。
充滿發(fā)現(xiàn)
盡管到目前為止已經(jīng)進行了大量的研究，但我們對伽瑪暴的了解還遠遠不夠。每一項新發(fā)現(xiàn)都為科學家的伽馬射線爆發(fā)模型增加了新的方面。
費米和斯威夫特在2022年用GRB 221009A發(fā)現(xiàn)了這些革命性事件之一，這是一次如此明亮的爆發(fā)，以至于暫時蒙蔽了大多數(shù)天基伽馬射線儀器。預計這種規(guī)模的GRB每10，000年發(fā)生一次，這可能是人類文明見證的最高亮度事件。天文學家因此稱它為有史以來最亮的一艘船。
這是在發(fā)現(xiàn)它時所看到的最近的長爆發(fā)之一，使科學家們不僅可以更近距離地觀察伽馬射線暴的內部運作，還可以觀察銀河系的結構。通過窺視這艘船，他們發(fā)現(xiàn)了其他模型中缺失的無線電波，并追蹤X射線反射以繪制出我們銀河系隱藏的塵埃云。
美國國家航空航天局的尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺連續(xù)幾周探測到GRB 221009A初始閃光的X射線，因為我們銀河系中的塵埃將光線散射回我們，這里顯示為任意顏色。致謝:uux.cn/美國國家航空航天局/斯威夫特/比爾德莫爾（萊斯特大學）
伽馬射線暴還將我們與宇宙中最受歡迎的信使之一聯(lián)系起來。引力波是時空的無形扭曲，產(chǎn)生于中子星碰撞等災難性事件。把時空想象成宇宙無所不包的毯子，引力波就像漣漪一樣在物質中飄蕩。
2017年，費米在探測到來自同一來源的引力波后1.7秒發(fā)現(xiàn)了中子星合并的伽馬射線閃光。在傳播了1.3億光年后，引力波在伽馬射線之前到達地球，證明了引力波以光速傳播。
科學家們從未探測到光波和引力波一起到達地球。這些信使組合在一起描繪了一幅更加生動的中子星合并的畫面。
隨著不斷的研究，我們對伽馬射線暴的不斷發(fā)展的了解可能會揭開我們宇宙的未知結構。但實際爆發(fā)只是冰山一角。無窮無盡的信息隱藏在表面之下，等待收獲。
在這位藝術家的概念中，兩顆中子星開始融合，伽馬爆發(fā)出高速粒子射流。射線識像這樣的暴從爆炸碰撞事件會產(chǎn)生短暫的伽馬射線爆發(fā)。致謝:uux.cn/美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/索諾瑪州立大學A. Simonnet
背景故事將我們帶到1963年，宇宙當時美國空軍發(fā)射了Vela衛(wèi)星來探測被禁止的最強中獲核武器試驗產(chǎn)生的伽馬射線。美國剛剛與英國和蘇聯(lián)簽署了一項禁止在地球大氣層內進行試驗的取知條約，Vela衛(wèi)星確保了各方的伽馬遵守。相反，射線識衛(wèi)星偶然發(fā)現(xiàn)了16次伽馬射線事件。暴從爆炸到1973年，科學家們可以排除地球和太陽都是麗江同城外圍上門外圍女上門（電話微信180-4582-8235）提供1-2線熱門城市快速安排30分鐘到達這些輝煌爆發(fā)的來源。當時洛斯阿拉莫斯國家實驗室的天文學家發(fā)表了第一篇論文，宣布這些爆發(fā)源自太陽系之外。美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的科學家通過IMP 6衛(wèi)星上的X射線探測器迅速確認了這一結果。意大利航天局的BeppoSax和美國國家航空航天局的康普頓伽馬射線天文臺的貢獻還需要20年才能證明這些爆發(fā)發(fā)生在我們銀河系以外的地方，均勻分布在天空中，而且非常強大。有記錄以來最近的GRB發(fā)生在1億多光年之外。
盡管是偶然發(fā)現(xiàn)的，伽馬射線暴對今天的研究人員來說已經(jīng)證明是無價的。這些閃光富含對一些現(xiàn)象的洞察力，如超大質量恒星生命的終結或遙遠星系中黑洞的形成。
盡管如此，仍有大量的科學瑰寶有待發(fā)現(xiàn)。2017年，伽馬射線暴首次與引力波——時空結構中的波紋——聯(lián)系起來，引導我們更好地理解這些事件是如何發(fā)生的。
伽瑪暴的長與短
天文學家將伽馬射線暴分為兩大類:短事件（伽馬射線的初始爆發(fā)持續(xù)不到兩秒鐘）和長事件（持續(xù)兩秒鐘或更長時間）。
較短的爆發(fā)總體上也產(chǎn)生較少的伽馬射線，這使研究人員假設這兩類射線來自不同的祖系統(tǒng)。
天文學家現(xiàn)在將短暫的爆發(fā)與兩顆中子星或一顆中子星和一個黑洞的碰撞聯(lián)系起來，從而導致黑洞和短暫的爆炸。短伽馬射線暴之后有時會出現(xiàn)基諾娃，這是化學元素放射性衰變產(chǎn)生的光。這種衰變會產(chǎn)生更重的元素，如金、銀和鉑。
長爆發(fā)與大質量恒星的爆炸死亡有關。當一顆大質量恒星耗盡核燃料時，它的核心會坍塌，然后反彈，推動沖擊波向外穿過恒星。天文學家將這次爆炸視為超新星。核心可能形成中子星或黑洞。
在這兩類黑洞中，新生黑洞向相反的方向噴射。由加速到接近光速的粒子組成的射流穿透周圍的物質并最終與它們相互作用，當它們這樣做時會釋放出伽馬射線。
在這位藝術家的概念中，當大質量恒星爆炸時，它會產(chǎn)生高能粒子射流。當這種粒子幾乎直接指向地球時，我們就能看到伽馬射線暴。信用:uux.cn/美國國家航空航天局/斯威夫特/克魯茲·德維爾德
不過，這一大致輪廓并不是最終結論。天文學家對伽馬射線暴研究得越多，他們就越有可能遇到挑戰(zhàn)當前分類的事件。
2020年8月，美國國家航空航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡追蹤到一個名為GRB 200826A的第二長爆發(fā)，距離60多億光年。它應該屬于由致密天體合并引發(fā)的短時爆發(fā)類。然而，這一事件的其他特征——如它產(chǎn)生的超新星——表明它源于一顆大質量恒星的坍縮。天文學家認為這次爆發(fā)可能在達到長爆發(fā)的典型持續(xù)時間之前就已經(jīng)結束了。
費米和美國國家航空航天局的尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺在2021年12月捕捉到了它的對應數(shù)字GRB 211211A。該爆發(fā)位于10億光年之外，持續(xù)了大約一分鐘。雖然這使它成為一個長GRB，但它后面是一個基洛諾瓦，這表明它是由合并引發(fā)的。一些研究人員將這次爆發(fā)的怪異之處歸因于中子星與黑洞伴侶的合并。
隨著天文學家發(fā)現(xiàn)更多持續(xù)數(shù)小時的爆發(fā)，可能仍有一個新的類別正在形成:超長伽瑪暴。大質量恒星死亡產(chǎn)生的能量可能無法維持爆發(fā)這么長時間，因此科學家必須尋找不同的來源。
一些人認為超長爆發(fā)發(fā)生在新生的磁星上——這些中子星自轉速度快，磁場比平均水平強一千倍。還有人說，這個新的類別需要宇宙中最大的恒星居民——藍色超巨星的力量。研究人員繼續(xù)探索超長伽瑪暴。
余輝散發(fā)出新的光芒
雖然伽馬射線是能量最高的一種光，但它們肯定不是最容易被發(fā)現(xiàn)的。我們的眼睛只能看到電磁波譜的一個窄帶。研究這個范圍之外的任何光線，如伽馬射線，都與我們的科學家和工程師開發(fā)的儀器密切相關。這種對技術的需求，加上伽瑪暴本來就轉瞬即逝的特性，使得爆發(fā)在早期更難研究。
哈勃太空望遠鏡的寬視場相機3揭示了GRB 221009A及其主星系的紅外余輝（圈起來的部分），從爆發(fā)處向左上方延伸出一條細長的光線。學分:uux.cn/美國國家航空航天局、歐空局、加空局、STScI、A. Levan（拉德布德大學）；圖像處理:Gladys Kober
當噴流中的物質與周圍的氣體相互作用時，就會出現(xiàn)GRB余輝。
余輝發(fā)出無線電、紅外線、光學、紫外線、X射線以及伽馬射線光，這提供了關于原始爆發(fā)的更多數(shù)據(jù)。余輝也比最初爆炸持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天（甚至數(shù)年），為發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了更多機會。
研究余輝成為推斷不同爆發(fā)背后驅動力的關鍵。在長時間的爆發(fā)中，隨著余輝變暗，科學家們最終看到源再次變亮，因為潛在的超新星變得可以探測到。
盡管光是宇宙中最快的旅行者，但它無法瞬間到達我們身邊。當我們探測到一次爆發(fā)時，可能已經(jīng)過去了數(shù)百萬到數(shù)十億年，這使我們能夠通過遙遠的余輝探索早期宇宙的一些情況。
充滿發(fā)現(xiàn)
盡管到目前為止已經(jīng)進行了大量的研究，但我們對伽瑪暴的了解還遠遠不夠。每一項新發(fā)現(xiàn)都為科學家的伽馬射線爆發(fā)模型增加了新的方面。
費米和斯威夫特在2022年用GRB 221009A發(fā)現(xiàn)了這些革命性事件之一，這是一次如此明亮的爆發(fā)，以至于暫時蒙蔽了大多數(shù)天基伽馬射線儀器。預計這種規(guī)模的GRB每10，000年發(fā)生一次，這可能是人類文明見證的最高亮度事件。天文學家因此稱它為有史以來最亮的一艘船。
這是在發(fā)現(xiàn)它時所看到的最近的長爆發(fā)之一，使科學家們不僅可以更近距離地觀察伽馬射線暴的內部運作，還可以觀察銀河系的結構。通過窺視這艘船，他們發(fā)現(xiàn)了其他模型中缺失的無線電波，并追蹤X射線反射以繪制出我們銀河系隱藏的塵埃云。
美國國家航空航天局的尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺連續(xù)幾周探測到GRB 221009A初始閃光的X射線，因為我們銀河系中的塵埃將光線散射回我們，這里顯示為任意顏色。致謝:uux.cn/美國國家航空航天局/斯威夫特/比爾德莫爾（萊斯特大學）
伽馬射線暴還將我們與宇宙中最受歡迎的信使之一聯(lián)系起來。引力波是時空的無形扭曲，產(chǎn)生于中子星碰撞等災難性事件。把時空想象成宇宙無所不包的毯子，引力波就像漣漪一樣在物質中飄蕩。
2017年，費米在探測到來自同一來源的引力波后1.7秒發(fā)現(xiàn)了中子星合并的伽馬射線閃光。在傳播了1.3億光年后，引力波在伽馬射線之前到達地球，證明了引力波以光速傳播。
科學家們從未探測到光波和引力波一起到達地球。這些信使組合在一起描繪了一幅更加生動的中子星合并的畫面。
隨著不斷的研究，我們對伽馬射線暴的不斷發(fā)展的了解可能會揭開我們宇宙的未知結構。但實際爆發(fā)只是冰山一角。無窮無盡的信息隱藏在表面之下，等待收獲。