必威电竞|足球世界杯竞猜平台

伽馬射線暴
來源:互聯網

伽馬射線暴(Gamma-ray Burst,縮寫GRB 970508),又稱伽馬暴,是來自天空中某一方向的伽馬射線強度在短時間內突然增強,隨后又迅速減弱的現象,持續時間在0.1-1000秒,輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段。是冷戰期間由美國間諜衛星1967年進行核爆炸監測時發現的。數十年來,人們對其本質了解得還不很清楚,但基本可以確定是發生在宇宙學尺度上的恒星級天體中的爆發過程。伽瑪暴是天文學中最活躍的研究領域之一,曾在1997年和1999年兩度被美國《科學》雜志評為年度十大科技進展之列。

初始伽瑪射線閃光之后,通常會以更長的波長(X 射線、紫外線、可見光紅外線微波無線電)發出持續時間更久的“余輝”。

γ射線暴短至千分之一秒,長則數小時,會在短時間內釋放出巨大能量。如果與太陽相比,它在幾分鐘內釋放的能量相當于萬億年太陽光的總和,其發射的單個光子能量通常是典型太陽光的幾十萬倍。伽馬射線暴是已知宇宙中最強的爆射現象,理論上是巨大恒星在燃料耗盡時塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體(黑洞或中子星)合并而產生的。其來源星系都在數十億光年之遙,意味著此類爆炸事件極為罕見。人類在歷史上所觀測到的伽馬射線暴都源于銀河系以外,不過有一種類似的稱為軟伽馬射線重復爆發源的爆發現象,則是來自于銀河系內的磁星

1967年,原本設計用于探測秘密核武器試驗的Vela衛星首次探測到伽馬射線暴,由克萊貝薩德爾(Klebesadel)等人無意中發現的。科學家在1973年發表此發現。學者們紛紛提出各種理論模型,試圖解釋這種爆發現象,如彗星互相碰撞或中子星互相碰撞等等。在其后的二十多年間,由于觀測數據的匱乏,沒有一個取得公認的模型。直到1997年,天文學家在探測到伽馬射線暴的同時,也觀測到了緊隨的X光和可見光余輝。利用光譜學分析可見光余輝的紅移,就可推算爆發來源的距離和總能量。再結合對星系超新星的研究后,能準確測量伽馬射線暴的確切距離和光度,并且斷定此類事件的確源于遙遠的星系。

發現歷史

20世紀60年代,美國發射了船帆座衛星(Vela 衛星),衛星上安裝有監測伽馬射線的儀器設備,用于監視蘇聯進行核實驗時所產生的大量γ射線。1967年,這顆衛星發現了來自宇宙空間的伽瑪射線突然增強,隨即又快速減弱的現象,這種現象是隨機發生的,大約每天發生1~2次,強度可以超過全天伽瑪射線的總和,并且來源不是在地球上,而是宇宙空間。由于當時保密的原因,關于伽馬射線暴的首批觀測資料直到1973年才公開發表,同時很快得到了蘇聯Konus衛星的證實。

從 1991 年,康普頓伽瑪射線天文臺 (CGRO) 及其極度靈敏的伽馬射線探測器爆發和瞬態源探測器 (BATSE) 儀器提供了數據,顯示伽馬射線暴分布是各向同性的:不傾向于太空中的任何特定方向。如果源于銀河系,它們將強烈集中在銀河平面中或附近。而伽馬射線暴的情況下不存在任何此類模式,證明了伽馬射線暴一定來自銀河系之外。但是,一些銀河系模型仍然與各向同性分布相一致。

1997年,意大利荷蘭的X射線衛星BeppoSAX首次對伽馬暴作出了成功的精確定位,并與地面和太空望遠鏡配合發現了伽馬射線在短暫輻射后,甚至還可能有長達數天、數星期的X射線余輝和/或數天甚至數月或數年的光學甚至射電余輝,伽馬射線暴余輝的發現成為當年世界十大科技成就之一。余輝的發現為伽馬暴的深入研究提供了極大的方便,特別是很快測出了一些伽馬暴的紅移,進而首次直接確認伽馬暴是在遙遠的宇宙學距離上,離地球有幾十億光年甚至更遠。因此,伽馬暴釋放的能量非常巨大,在幾秒或幾十秒鐘內放出的能量竟可比太陽上百億年放出的能量還要大很多,它應當是宇宙間最猛烈的爆發事件。此后,這個領域獲得了飛速發展,很快形成了一個標準模型:伽馬暴被認為產生于一個以極端相對論速度(~0.9999光速)膨脹的火球。火球內部不同膨脹速度的各層氣殼相互碰撞產生內激波會致伽馬暴,火球繼續膨脹并與星際介質碰撞會產生外激波而導致余輝。這個模型是在一些簡化假設的基礎上建立起來的,能較好地解釋觀測特征,被稱為伽馬暴和余輝的標準模型。

1998年,南京伽馬暴團隊就發現,伽馬暴“GRB 970508970616”的X射線余輝能譜與標準模型不符,為了符合觀測事實,要求伽馬暴的環境不是均勻的星際介質,而應是密度與距離平方成反比的星風環境。隨后,GRB 970508980326、GRB980519、GRB991208、GRB000301C、GRB040106、GRB081109A等伽馬暴周邊也被觀測到星風環境,這種環境正是前身星的星風造成的。也就是說,南京伽馬暴團隊的研究工作證實原來建立的標準模型是不正確的。他們指出,這些伽馬暴應當起源于大質量恒星的塌縮,與距離平方成反比的介質正是由伽馬暴前身的大質量恒星放出的星風形成的。這一發現引起了整個天體物理界的震動,南京伽馬暴團隊原創的起源觀點后來得到了R.A.Chevalier等人的進一步發展,星風模型成為主流模型,研究結果一次次地被國際上的重要論文引用。1998年4月25日發現的伽馬暴GRB 970508980425似乎與超新星SN1998bw成協,但這個伽馬暴和超新星不是很典型。

1999年1月23日,BeppoSAX衛星觀測到一個極強的伽馬暴GRB 990123,其光學余輝的光變曲線上出現了一個突變(拐折),即在暴后約2天在光變的對數圖上斜率從-1.1變陡而成為-1.8。J.Rhoads、S.R流的側向膨脹等因素會加快衰減而導致拐折。南京伽馬暴團隊曾首次指出,相對論性膨脹轉向非相對論性膨脹也會導致這種突變。如果環境是致密介質,膨脹在密度高的介質中進行就會加快減速到非相對論,使在暴后較短時間(比如2天)就出現這種拐折。噴流機制和致密介質已成為拐折的兩種常用解釋。很可能一些伽馬暴的拐折是因為噴流,而另一些則因為致密介質。

2000 年后出現了新的進展,包括確認短伽瑪射線暴是一種單獨的類型(可能來自合并中的中子星,且與超新星無關)、發現大多數伽瑪射線暴后持續數分鐘的擴展、不規則的耀斑活動 X 射線波長以及發現最亮(GRB 970508 080319B)和宇宙中最遙遠的(GRB 090423)物體。最遙遠的已知伽瑪射線暴 GRB 090429B 現在是宇宙中最遙遠的已知物體。

2001年,JJM.IntZand等指出,觀測到的伽馬暴GRB 970508010222不能用噴流機制來解釋,卻能很好地用致密介質機制來解釋。星風環境和致密環境,都是重要的后標準效應。前者反映了前身星的性質,后者可能與星云恒星形成區有關,兩者均清晰表明伽馬暴起源于大質量恒星的塌縮。直到2003年3月29日發現了非常典型的伽馬暴GRB 970508030329與非常典型的超新星SN2003dh成協,伽馬暴起源于大質量恒星的塌縮終于得到了確認和證實。

在 2018 年 10 月中,天文學家報告稱,GRB 970508 150101B和 GW170817,在 2017 年探測到的引力波事件可能由相同的機制產生——兩顆中子星的合并。在伽馬射線、光學和X 射線發射以及關聯的主星系的性質方面,這兩個事件間的相似度“驚人”,研究者們認為,這兩個獨立事件都可能是兩顆中子星合并的結果,也都可能是一個千新星,根據研究者們的說法,千新星可能比以前理解的還要常見。

2019年11月,天文學家報告了一次著名的伽馬射線暴,命名為GRB 970508 190114C,該伽馬暴最初于2019年1月被發現,產生了約 1 Tev的巨大能量。

北京時間2023年3 月29 日凌晨2 點,中國科學院高能物理研究所在北京與全球40 余家科研機構聯合發布了對迄今最亮γ射線暴GRB 221009A 的研究成果。中國科學院高能物理研究所研究員熊少林表示:“我們最重要的發現是通過‘極目’衛星,我們發現它是打破了伽馬射線暴亮度紀錄,它比以往人類看到的任何伽馬射線暴,還要亮50 倍。”

命名

伽瑪射線暴的名字由爆發源的位置或發現的日期確定。如果能確定爆發源的位置,就按照爆發源的位置命名,如GRB 9705080526-66,這里GRB表示伽瑪射線暴,0526 表示爆發源的赤經是5時26分, -66表示爆發源的赤緯是負66度(如果赤緯是 “ 正 ” 的, 則將 “ - ” 改成 “ + ” ); 爆發源位置未確定的, 就按照發現日期命名, 如GRB790305h,這里79 表示1979年,03表示3月,05表示5日,b表示這一天發現的第二個伽瑪射線暴, 如果b換成c, 則表示這一天發現的第三個伽瑪射線暴, 以此類推。 在這個例子中, GRB 970508 0526-66與 GRB 790305b實際上是同一個伽瑪射線暴, 它出現在1979年3月5日,發生在赤經5時26分、 赤緯為 -66 度的位置。

產生原因

伽馬射線在距離地球數十億光年遠的地方閃閃發光,它的產生可能與遙遠星系的大爆炸有關,伽馬射線照射到地球所持續的時間在幾毫秒至幾分鐘不等。到了末期,伽馬射線會發生爆炸,釋放出的能量可能比太陽在其整個生命周期釋放的能量還要多。由于它們釋放的能量巨大,伽馬射線暴被認為出自超新星爆炸事件,即是在大質量恒星爆炸中形成中子星或黑洞時產生的。

到目前為止檢測到的所有伽馬射線暴都處于銀河系以外,這對我們來說是幸運的。因為如果在我們星系內存在伽馬射線暴的話,它的爆炸釋放的電磁能足夠消滅地球上所有的生命。但目前還沒有將伽馬射線暴的產生與某一超新星爆炸聯系起來,人類還不能解釋伽馬射線產生的機制。

分類

伽馬射線暴的光變曲線種類繁多,而且每一次爆發的光變曲線都是獨一無二的。爆發時長短至數毫秒,長至數十分鐘。曲線可以有一個高峰,也可以由多個小脈沖所組成。有的脈沖形狀對稱,有的則上坡快,下坡慢。有的爆發事件之前會出現伽馬射線暴前體,也就是先發生一次弱爆發,接著幾秒鐘至幾分鐘內毫無動靜,然后在發生真正的強烈伽馬射線暴。有些光變曲線曲折復雜,似乎毫無規律可言。

盡管科學家能夠利用某些簡化的模型推導出大約類似的光變曲線,但在曲線為何如此復雜多變的問題上卻沒有太大的進展。盡管可以使用某些簡化模型大致再現一些光變曲線,但在理解已觀測到的全部多樣性方面幾乎沒有取得進展。已經提出了很多分類方案,但這些方案通常僅基于光變曲線外觀中的差異,可能無法始終反映出爆炸祖先中實際的物理差異。然而,大量伽馬射線暴的觀測持續時間分布圖顯示出明顯的雙峰,這表明存在兩個獨立的群體:“短”群體,平均持續時間約為 0.3 秒,和“長”群體,平均持續時間約為 30 秒。這兩種分布都非常廣泛,存在很大的重疊區域,在該區域中無法僅通過持續時間來明確給定事件的身份。已經在觀測和理論的基礎上提出了超出這種兩層系統的其他類別。

長暴

γ射線暴中有七成屬于長伽馬射線暴,即爆發時長超過2秒者。此類爆發持續時間之長、余輝之強,有助于詳細觀測,所以相比短爆發來說,科學家對長爆發了解得更加深入。幾乎每一個經過詳細分析的長伽馬射線暴都源自于正在快速生成恒星星系,甚至有的能追溯至核縮超新星。因此,可以斷定長爆發的來源是死亡過程中的大質量恒星。科學家在分析高紅移長伽馬射線暴的余輝之后,也發現此類爆發源自于恒星形成的區域。

短暴

持續時間不足兩秒的事件被歸類為短伽馬射線暴。這類事件約占伽馬射線暴的 30%,但直到 2005 年,任何短事件都未成功地探測到余輝,對其起源知之甚少。從那時起,已探測并定位了幾十次短γ射線暴余輝,其中有幾次與恒星形成少或沒有恒星形成的區域相關,例如大型橢圓星系。這排除了與大質量恒星的聯系,證實了短事件在物理上不同于長事件。此外,沒有與超新星的聯系。科學家最初推測,短爆發是兩顆中子星相互碰撞[或一顆中子星與一個黑洞相撞的結果。此類碰撞所產生的爆發星體稱為千新星。天文學家在GRB 970508 130603B爆發期間也觀測到了一顆有所關聯千新星。由于狹義相對論訊息不可超越光速傳遞的原理,短爆發之短又意味著爆發源天體的體型必定是小的。爆發時長為0.2秒,即爆發源的直徑不超過0.2光秒(約6萬公里,地球直徑之四倍)。中子星在2秒以內落入黑洞并發出伽馬射線之后,其環繞黑洞公轉的剩余物質(將不再是中子物質)將在數分鐘至數小時內逐漸墮入黑洞,并發出X光。這能夠解釋天文學家所觀測到的X光余輝。

一部分短伽馬射線暴可能來自鄰近星系中的軟伽馬射線重復爆發源的大型耀斑。

2017年,科學家探測到引力波事件GW170817,并且在僅僅1.7秒之后又探測到短伽馬射線暴GRB 970508 170817A。在詳細分析后,科學家確定此次事件來自兩顆中子星碰撞所產生的千新星

超長暴

超長伽馬射線暴指的是位于時長分布最尾端的長伽馬射線暴,其持續時間超過若干個小時。有人提出將它們形成一個單獨的類別,由藍色超巨星的坍縮、潮汐破壞事件或新生磁星引起。迄今為止僅發現少量此類事件,其主要特征是伽馬射線發射持續時間。研究最多的超長時間事件包括 GRB 101225A 和 GRB 111209A。低檢測率可能是當前探測器對長時間事件的靈敏度低造成的,而不是反映了它們的真實頻率。另一方面,一項 2013 年的研究表明,現有證據不足以證明存在一個具有新類型前體的獨立超長 GRB 970508 群體,需要進一步的多波段觀測才能得出更確定的結論。

觀測

余輝

伽馬射線暴來源的模型假設暴的拋射物與星際氣體碰撞會產生較長波的緩慢衰減輻射——余輝(afterglow)。1997年,BeppoSAX衛星探測到伽馬射線暴GRB 970508970228的衰減X射線余輝;20h后,赫歇耳望遠鏡證認出其衰減的光學對應體是遙遠的宿主星系。BeppoSAX衛星還發現GRB 970508的光譜紅移Z=0.835,因而證明伽馬射線暴發生在極遠的星系。次年發現的GRB 970508980425與超新星SN1998bw有關聯,這表明伽馬射線暴與大質量恒星死亡的關系,成為伽馬射線暴來源的有力線索。加載專用儀器探測射線暴的還有康普頓γ射線天文臺和HETE-2、Swift及Fermi飛船。

伽瑪暴的X射線余輝的光變曲線:X 射線余輝的一個特征是其光變曲線通常可以分為4個階段:(1)早期緊隨暴之后的快速下降階段,時間菲律指數可達-3 以下;(2)緊接著慢下降,時間指數約為-0.5;(3)然后是時間指數為-1.2 的衰減,(4)再然后可能拐折到-2 的下降,具體見下圖。

伽馬暴的X射線耀發:X 射線耀發和鼓包的特點包括Swift暴中,50%的X 射線余輝具有X 射線耀發;對不同的暴,出現的耀發次數不定,耀發時標遠小于二余輝時標,且每個脈沖的寬度隨出現的時間變晚而變寬;短暴中X 射線耀發出現在約100s后;一次X 射線耀發總能量與瞬時伽馬暴輻射能的比值為0 .1 ~1,但是也有例外,如GRB 970508050502B;Swift 暴中60% 的X 射線余輝中觀測到X 射線鼓包,X 射線耀發和X 射線鼓包是負相關的。

能量和光度

雖然伽馬射線暴源極其遙遠(幾十億光年),但觀測到的伽馬射線暴很亮。長伽馬射線暴的熱輻射能流(主要在伽馬射線)可與銀河系(幾十光年遠)的亮星輻射流匹敵。例如,75億光年遠的光學對應體GRB 080319B視星等為5.8,說明其能原極強,輻射本領(光度)極高。

導致伽馬射線暴在這么短時間產生巨大能量的原因還不完全清楚。目前認為,射線暴是一種高度集中的爆炸,爆炸能量大多集中于窄噴流,可以由觀測的余輝光變曲線“噴流破裂”來估計噴流的角寬度。其后時間內,緩慢衰減的余輝開始隨噴流快速衰退,不再有效地展現其輻射。噴流角度的顯著變化在2°~20°范圍內。由于它們的能量在空間高度集中,大多伽馬射線暴發射的伽馬射線如果不指向地球,就不能被探測到。但當伽馬射線指向地球時,沿窄束集中的發射就顯得特別亮。典型的伽馬射線暴釋放出的能量約1044J,與亮的Ib/c型超新星相當。短γ射線暴離我們較近,但能量可能不完全集中。

光學輻射的探測

GRB 970508041219A 是Swift 觀測到的第一個具有光學輻射的暴,它具有超長的持續時間和與暴同時的光學輻射,而且它也是很少幾個觀測到暴階段的光學輻射的暴之一。

大約95%的暴可以觀測到X 射線余輝,但是只有大約一半的Swift暴中觀測到光學余輝。根據光變曲線的形狀將光學余輝分為4種類型:快速上升的早峰,慢上升的晚峰,平高原和首次測量后的迅速衰減。還有大約一半的暴沒有觀測到光學余輝,這些暴被稱為暗暴。一般來說,在一個大質量星的生命中,會形成一個星風泡沫環境,微觀激波參數會隨著火球的演化而改變,那么在風泡沫環境的基礎上,改變微觀激波參數可以解釋這些反常的光學輻射。

短暴的余輝和宿主星系的觀測

短暴由于發生時標短,衰減很快,必須觀測儀器響應也快,才有可能看到短暴的余輝,短暴的精確定位使得對短暴宿主星系的探測成為可能,雖然目前對宿主星系的觀測數目仍然比較少,但是對余輝和宿主星系的觀測比較確定地排除了短暴的塌縮星模型和磁星模型等,短暴極有可能由雙致密星的并合產生。在已有的樣本中,既有恒星形成星系也有橢圓星系,其中與橢圓星系成協這一點表明至少有一些短暴的前身星與老年星族有關,支持了短暴起源于雙致密星并合的觀點。更多數據的積累將有助于統計短暴的紅移、宿主星系、短暴在宿主星系中的位置,從而更好地確定短暴的起源。

潮汐瓦解事件

2011年3月28日,尼爾·格雷爾斯雨燕科天文臺探測到GRB110328A,發現了新一類γ射線暴。此次事件的伽馬射線放射時長為2天,比長伽馬射線暴都要長得多,而且它在X光波段的放射持續了許多個月。爆發來源于紅移z = 0.35(即距離約45億光年)的一個小型橢圓星系。爆發究竟是星體坍縮還是帶相對論性噴射的潮汐瓦解所致,在學界仍有爭議。

此類伽馬射線暴的原理是,恒星運行至特大質量黑洞附近,被黑洞撕裂,在某些情況下會產生有強烈伽馬射線輻射的相對論性噴射。科學家最早提出,GRB 110328A(亦稱雨燕科J1644+57)是一顆主序星和質量為太陽的數百萬倍的黑洞互動的結果;后來又有科學家認為,這更可能是一顆白矮星被質量為太陽數萬倍的黑洞瓦解的結果。

前身天體

大部分伽馬射線暴源離地球遙遠,因此很難判斷是哪一種天體發生爆發的。某些長伽馬射線暴和超新星相關,其來源星系也是活躍的恒星生成區,這都意味著長γ射線暴與大質量恒星密切相關。最廣為接受的坍縮星模型主張,當質量極大、金屬量低、高速自轉的恒星在演化生命晚期,星核坍縮成為黑洞時,會發生長伽馬射線暴。星核附近的物質往中心下降,形成漩渦狀的高密度吸積盤,并沿旋轉軸噴出兩束相反的相對論性噴射,噴流沖破恒星外層,輻射出伽馬射線。也有其他模型主張恒星坍縮形成的是磁星而不是黑洞,其余生成過程基本不變。

在銀河系里,沃爾夫·拉葉星和此類恒星最為相似。沃爾夫–拉葉星溫度極高、質量極高,其氫外層幾乎已散失盡。從這一角度來看,海山二、阿佩普、WR 104都有在未來發生γ射線暴的可能性。[94]不過,科學家不能確定銀河系恒星是否具備發生伽馬射線暴的所有必要特征。

爆發記錄

1997年

在1997年12月14日發生的伽馬射線暴,它距離地球遠達120億光年,所釋放的能量比超新星爆發還要大幾百倍,在50秒內所釋放出伽馬射線能量就相當于整個銀河系200年的總輻射能量。這個伽馬射線暴在一兩秒內,其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。在它附近的幾百千米范圍內,再現了宇宙大爆炸后千分之一秒時的高溫高密情形。

1999年

1999年1月23日發生的伽馬射線暴比1997年發生的更加猛烈,它所放出的能量是1997年那次的10倍。

2004年

美國航空航天局研究顯示,地球曾被50萬光年之遙的大型耀斑瞬間照射,這種強大的能量脈沖束照亮了地球大氣層。這一脈沖束來自銀河系對面的一顆中子星。中子星也被稱為“軟伽馬射線中繼器”,通常噴射低能量的γ射線,但有時其磁場重新排列時會釋放出巨大的能量束。這種能量束可穿越太空,導致大量人造衛星出現故障,并使地球頂端大氣層電離化。據美國宇航局稱,這種獨特的伽馬射線束非常強烈,比滿月還要明亮,甚至比勘測到的太陽系外的任何天體都要明亮。這一令人難以置信的伽馬射線噴發發生于2004年12月27日,是由中子星“SGR 1806-20”釋放的脈沖束。

2009年

2009年4月23日,天文學家曾觀測到迄今最遙遠的伽馬射線暴,它距離地球131億光年,也是人類觀測到的最遙遠天體,導致該伽馬射線暴發生的強烈爆炸發生在宇宙起源后不到7億年時。研究小組評估稱,黑暗伽馬射線暴在宇宙早期階段所有伽馬射線暴中只占0.2%到0.7%,這也說明宇宙起源早期并沒有發生非常多的恒星形成現象。

2013年

捕獲到的伽馬射線中,最強壯的光子有足足950億電子伏特,于2013年4月27日到達地球。這個光子來自距離我們38億光年遠的伽馬射線暴GRB 970508130427A。這次伽馬射線暴的余暉持續很久,甚至2013年9月依然能被監測到,這也說明源頭是一個高速旋轉的巨型恒星爆炸,它的質量在20~30個太陽質量之間,卻在引力作用下坍縮到了半徑只有太陽半徑的3~4倍;這正是一個典型的大質量“沃爾夫·拉葉星”(W-R星)。

2016年

2016年6月,美國航空航天局伽馬射線廣域空間望遠鏡記錄下了這場名為GRB 970508 160625B的伽馬射線暴。就在射線大幅爆發之前,他們捕捉到了一縷短暫的閃光。這讓他們得以親眼目睹后續更加劇烈的爆炸,并記錄下了射線爆發過程的新數據。巴思大學的卡羅爾·蒙代爾教授指出:“γ射線暴往往發生在瞬息之間,但這次我們提前觀察到了一道長約一秒的閃光。正式的射線暴發生在約100秒之后,這給了我們足夠的時間部署望遠鏡。而且此次射線暴持續的時間也比一般的要長,竟長達好幾分鐘,可以說非常幸運。雖然距我們非常遙遠,但這場射線暴極為明亮。當我們意識到超快機器人望遠鏡成功捕獲了事件剛發生時的光線后,人人都激動不已。”

2022年

2022年10月9日21點17分,中國科學院高能物理研究所(中科院高能所)負責建設和運行管理的中國高海拔宇宙線觀測站(LHAASO,昵稱“拉索”)、“高能爆發探索者”(HEBS)和““慧眼”硬X射線調制望遠鏡衛星(Insight-“慧眼”硬X射線調制望遠鏡)等三大科學裝置,通過天地聯合,同時探測到迄今最亮的編號GRB 970508 221009A伽馬射線暴,打破了伽馬射線暴光子最高能量、最亮伽馬射線等人類觀測宇宙中伽馬射線暴的多項記錄。

2023年

天文學家通過對在兩個短伽瑪射線暴中探測到的振蕩信號進行研究,認為可能是在兩個中子星(大質量恒星在生命末期的致密核)合并形成大質量中子星的過程中產生,而探測到此類信號或為研究此類事件性質提供了機會。

伽馬射線暴GRB 221009A的研究成果發布,小行星3789的““慧眼”硬X射線調制望遠鏡衛星與“極目”太空望遠鏡聯合精確探測到了該伽馬射線暴,其亮度是以往伽馬暴的50倍,該研究對深入理解這種極端宇宙爆發現象具有重要意義。

中國科學院高能物理研究所科研人員通過位于四川稻城的高海拔宇宙線觀測站對宇宙中一次伽馬射線暴進行了完整監測,這是人類首次完整記錄到這一高能爆發現象的全過程。相關研究成果北京時間2023年6月9日在國際學術期刊《科學》(Science)在線發表。

產生影響

發生頻率

自距今約六十億年前開始,像伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件,其發生頻率在銀河系的核心及中間區域都開始下降,在外圍則開始升高。具體地說,報告顯示,在距銀心約六千五百至兩萬六千光年的區域里,伽馬射線暴和超新星那樣的災難性事件逐漸下降到了平均每五億年不超過一次的頻率,是整個銀河系里最低的。

估算伽馬射線暴的確切發生頻率并不容易。在一個銀河系大小的星系里,長伽馬射線暴的發生頻率估計為一萬年一次到一百萬年一次,其中只有很小一部分的爆發會指向地球。因為科學家還不了解此類爆發的聚焦程度,所以短伽馬射線暴的發生頻率就更是一個未知數,但應該和長伽馬射線暴相近。

對生命的影響

伽馬射線暴對生命有害,甚至有摧毀性的破壞力。地球位于銀河系的外圍,而在整個宇宙當中,適合生命繁衍的環境也正正是大星系外圍密度較低的區域。從各類型星系的分布可以推算出,只有約10%的星系可以繁衍生命。而且,z大于0.5的高紅移星系會高頻率發生伽馬射線暴,恒星也過于密集,因此不宜生命。

至今科學家觀測到的伽馬射線暴都源自銀河系以外極其遙遠的地方,對地球沒有任何威脅。不過,假如在銀河系內離地球5千至8千光年處發生一次伽馬射線暴,而且它所產生的高能噴流正指向地球,那么它就會對地球上的生態造成破壞,甚至有毀滅性的作用。目前所有衛星在宇宙中所觀測到的伽馬射線暴總和頻率為每天一次。截止2014年3月,最接近地球的伽馬射線暴為GRB 970508 980425,距離為4千萬秒差距(即1億3千萬光年,紅移z = 0.0085),,源于一個SBc型矮星系。GRB 980425所釋放的能量遠遠低于平均,它和Ib型超新星SN 1998bw相關。

對地球的影響

有科學家推測,在過去50億年曾發生過嚴重破壞地球生命的近距離γ射線暴的概率非常高,而在過去5億年曾發生過爆發并造成其中一次生物集群滅絕事件的概率為50%。

4億5千萬年前發生的奧陶紀志留紀滅絕事件有可能就是γ射線暴所致。在奧陶紀晚期的各個三葉蟲種群當中,生活在充滿浮游生物的海洋表面的種群最受打擊,反而生活在深水、活動空間較狹窄的種群得以生存。這種滅絕特征有別于其他的集群滅絕事件,因為分布廣闊的物種通常會比分布局限的生物更容易存活。因此有科學家認為,深水三葉蟲受到了水屏障的保護,免受伽馬射線暴所帶來的紫外線摧殘。同樣支持這一觀點的證據還有:奧陶紀晚期的瓣鰓綱物種當中,挖洞的比在表面生活的更容易度過此次滅絕事件。

銀河系內可能爆發的天體

科學家從未觀測到來自地球所處的銀河系以內的伽馬射線暴。]銀河系內在過去是否發生過爆發,也是一個未解之謎。隨著科學界對伽馬射線暴及其前身天體的了解不斷提升,人們也逐一記下可能在過去發生過或在將來會發生爆發的各個系內天體。如今觀測到的長伽馬射線暴都和超高光度超新星(又稱極超新星)相關,而大部分高光度藍變星和高速自轉的沃爾夫·拉葉星都被認為會以星核坍縮超新星的形式死亡,并伴隨長伽馬射線暴。需要謹慎的是,科學家目前對伽馬射線暴的了解全部來自宇宙歷史長河中較早期的星系,而此類星系的金屬量很低,很難把其中恒星的演化過程直接套用于銀河系這類金屬量較高的后期星系。

參考資料 >

伽馬射線暴.中國科學院.2024-01-26

Massive star's dying blast caught by rapid-response telescopes.PhysOrg.2024-01-29

. University of Maryland.2024-01-29

Hubble studies gamma-ray burst with the highest energy ever seen. ESA/Hubble Information Centre.2024-01-18

In a Flash NASA Helps Solve 35-year-old Cosmic Mystery.NASA.2024-01-29

中國天地聯合觀測到迄今最亮伽馬射線暴 超以往最亮10倍以上.今日頭條-北青網.2022-10-16

《自然》最新論文:天文學家發現恒星碰撞時的信號.今日頭條-北青網.2023-01-10

我國發現迄今最亮伽馬射線暴.今日頭條-環球Tech.2023-04-04

我國科研人員監測到伽馬射線暴全過程.環球網.2023-06-09

Gamma-ray burst 'hit Earth in 8th Century.bbc.2024-01-29

Are Gamma Ray Bursts Dangerous?. UNIVERSE TODAY.2024-01-29

生活家百科家居網