伽馬射線暴的發現,宇宙裡最可怕的災難,竟能夠直接蒸發一個星系

2020-12-20 科學學科學

在宇宙裡,有許多現象非常奇特,也異常暴烈,其中最有名、最神秘,也最暴烈的就是伽馬射線伽馬射線是一種波長比X射線還短的電磁波,它的波長只有0.001納米(1納米是109米),這是種貫穿力極強、殺傷力也極大的射線,如圖1所示。它的大爆發,可以在幾秒或幾十秒內使能量達到超新星爆發的幾百倍,甚至是太陽終其一生即100億億年所發出能量的總和。

1999年1月23日,人們捕捉到次最強烈的伽馬射線暴,根據所記錄的數據,在幾秒鐘內,其爆發的能量竟然是銀河系2000年內總星體發出能量的總和。在這幾秒的時間內,爆發源冉現宇宙大爆炸0.001秒後的高溫、高壓與高密狀態。

伽馬射線暴爆發時,其射線能直接貫穿太陽系、銀河系,甚至全宇宙,它們風馳電掣,猛烈異常。對於有機生命來說,遭遇伽馬射線暴是件非常危險的事。它能直接破壞細胞,造成基因突變,由它所造成的高壓與高溫更可以摧毀和吞噬一切。然而,令人奇怪的是,為什麼存在如此激烈的天文現象,人類竟然長時間渾然不知呢?

原來,人類生活的地球被厚厚的大氣所包圍,外來的電磁波被大氣所吸收,使我們對外界的很多事並不知曉。儘管伽馬射線暴如排山倒海,但受到銅牆鐵壁般的大氣保護,人類和萬物得以長存。然而,有一種說法認為,在2億多年前,由於伽馬射線暴和同時產生的雷電曾造成地球生物的一次大滅絕。

伽馬射線暴也是一個令天文學家感到困惑的現象。它來無影去無蹤,在幾秒或幾十秒內突然爆發,又瞬間消失。如此巨大的能量短時間爆發一定與高能量星體密切相關,但它是如何在這麼短的時間內產生的呢?它的爆發與高能量星體又有什麼關係呢?它們又攜帶著什麼信息呢?找出這些問題的答案,對天體的生命機制、星體演化,甚至宇宙的創生與演化具有十分重要的意義。

在宇宙裡,雖然伽馬射線暴是一種常見的現象,然而在地球上被人們所感覺到卻是罕見的事。得知它們存在純屬偶然。20世紀60年代末到70年代初,處於「冷戰」時期的美國出於軍事目的先後發射了幾顆衛星,本來打算利用它們探測核閃光,以尋找未經核准的核爆炸事件。然而,歪打正著,核閃光沒有發現,卻捕捉到個對事後發展更有意義的重要線索。

1967年,美國的一顆衛星捕捉到了一次能量極高的伽馬射線產生的強光輻射。這件事震驚了美國更引起五角大樓一片驚慌。難道蘇聯竟然到太空去試驗核武器了嗎?然而,隨後的陸續觀測

發現,這種

射線暴並不只

發生一起,它們來自宇宙的不同方向,大體上呈現均勻分布。它們究竟來自何處

又是如何引起的

是否只限於銀河系內?一時眾說紛紜,有的問題至今尚無定論。但有一點是肯定的,即這是宇宙間的一次超高能量在極短時間內的大爆發。這一現象立刻引起了科學界,尤其物理學、天文學和宇宙界的極大興趣。

由於被地球的大氣所吸收,伽馬射線很難穿透到地面,要硏究伽馬射線暴,必須在大氣外面搭建觀測平臺。為了進步研究和開發宇宙,美國國家航空航天局決定把天文觀測的平臺搭建在太空上,於是制訂了—個大規模的軌道天文觀測計劃。這一計劃將令4種軌道觀測設備先後升空。它們分別是:哈勃空間望遠鏡、康普頓伽馬射線天文臺、錢德拉線觀測臺和斯皮策空間望遠鏡。

這4種觀察設備工作在不同的波段,伽馬射線及其餘暉的電磁波譜覆蓋在可見光波段、射電波段甚至擴延至X射線波段。經過十

年的觀測,每臺都在自己的領域內做出了重要貢獻。

這大規模的重要舉措對新世紀的天文學和宇宙學的理論及實驗進展起到了劃時代的作用,其成果改變了人類對宇宙的認識,成為天文學和宇宙學研究的裡程碑事件。

不過伽馬射線暴的成因至今尚未定論,但觀察結果表明,在它爆發之後,隨即會伴隨著「輻射餘輝」的出現,餘暉持續時間較長,波長也較長,其中包括X射線、紫外線、紅外線、微波和無線電波等。餘暉帶來的信息至關重要,從中可以發現伽馬射線暴的來源。

據分析,它可能來自超新星或超超新星的爆發,也有可能來自大質量星體晚期的塌縮。當恆星的

核燃料即將

消耗殆盡時,核聚變的輻射壓力不足以抗衡自身引力,老年的恆星將向內塌縮,變為中子星、脈衝星或黑洞。在高速塌縮時,恆星物質彼此碰撞就可能產生伽馬射線暴。此外,還有可能來自雙中子星合併時的碰撞等。

然而,這些能源大多距離地球幹萬光年之遙,也就是說,發生能量大爆發的時間是千萬年前的事情!想想看,相比之下,人類該是多麼的渺小。

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