宇宙中的怪物,伽馬射線暴,它是否駭人?

2020-12-03 天文在線

伽馬射線爆發是遙遠星系中的巨大爆炸,發出大量能量強大的伽馬射線,是宇宙中最強大的事件之一。它們的能量特別高,具體爆發原因天文學家還在努力尋找原因。它500萬年發生一次,可能發生在我們附近的星系。但它不太可能直接照射到地球。

在所有已知可能會給我們的行星帶來傷害的宇宙災害中,伽馬射線暴所帶來的影響無疑是最巨大的。作為一種力量驚人的宇宙事件,當伽馬射線暴發生時,會有極大數量的伽馬射線被釋放出來,而這種射線又是人們已知射線種類中最致命的存在。假設有人無意中處於某個正在放射伽馬射線的物體附近,那麼他會在一瞬間被燒焦。毋庸置疑的是,伽馬射線暴會對生物的遺傳物質造成長久的影響,甚至在射線暴結束的很長一段時間之後,這種在基因層次上的傷害也依然存在。如果在地球的歷史上曾經發生過類似的事件,那麼整個地球的生命進化史都將被改寫。

好消息是,地球遭遇伽馬射線暴實在是一個極小概率事件。那些爆發都發生在距離地球十分遙遠的地方,因而地球幾乎不可能遭受到它們其中任何一個的攻擊。儘管如此,無論這種迷人的事件何時出現,都會牢牢吸引住天文學家們的目光。

何為伽馬射線暴

伽馬射線暴是發生在遙遠星系中的巨大爆炸,散射出的小型天體帶有及其強烈的伽馬射線。恆星,超新星以及其他宇宙中的星體,把它們的能量以光的各種形式輻射出去,這其中就包括可見光、X射線、伽馬射線、無線電波以及中微子。伽馬射線暴將它們的能量集中到某個特定的波長上。因此,伽馬射線暴是宇宙中最強有力的事件之一,與此同時,產生這種射線的大爆炸在我們看來,會發出及其明亮的光彩。

對伽馬射線暴的解析

是什麼導致了伽馬射線暴?這在很長一段時間內一直是個謎。它們是如此的明亮,以至於人們在一開始認為它們可能發生在非常近的地方。而現在我們知道,這些發生點實際上是非常遙遠的,這同時也意味著,它們帶有非常高的能量。

天文學家們現在知道,這些大爆炸的誘因往往是一些非常超自然而雄偉的事物。當兩個高度磁化的物體,比如說黑洞或者中子星發生碰撞時,它們的各自磁場會互相融合,這就有可能引發一場伽馬射線暴。這種天體活動會引發一次巨大的噴射。將高能粒子與光子流集中起來噴離碰撞的中心地帶。這樣的噴射流會在宇宙中延伸許多光年。我們可以把它們想像成星際迷航中的相位器爆炸,只是這種爆炸要強有力的多,而且幾乎能波及到一整個宇宙。

伽馬射線暴釋放出的能量會被集中在一小段電波頻率範圍上 ,天文學家們稱之為「聚焦」。當一個超大質量恆星發生坍縮時,會引發一場持續時間長的爆炸。而兩個黑洞或中子星之間的碰撞,會引發持續時間短的爆炸。非常奇妙的是,持續時間短的爆發可能有更低的準直性,或者說,並不是高度聚焦的。天文科學家們仍然在致力於弄明白為什麼會如此。

我們為什麼能看到伽馬射線暴

準直伽瑪射線暴意味著將其大部分的能量集中到狹窄的波束中。倘若地球正好處於收束的射線暴視線內,儀器便能夠探測到這次伽瑪射線暴。事實上,它也能在可見光波段產生一次明亮的爆發。 一場持續時間長的伽馬射線爆(持續時間超過兩秒)可以產生並且聚焦的能量,和0.05%的太陽質量瞬間轉化成的能量一樣多,那無疑是一場巨大的爆炸。

要理解這樣接近於無窮的能量並非易事。事實上,當如此大量的能量被直接從跨越半個宇宙的彼岸發射出來時,我們在地球上用裸眼就可以直接看到。幸運的是大多數伽馬射線爆不會離我們這麼近

伽馬射線暴出現的頻率是多少

天文學家們平均每天都能探測到一場伽馬射線爆。然而,他們所能探測到的射線暴,也只是那些射線放射方向大致在地球附近的一部分。因此,天文學家們可能僅僅只是看到了所有發生在宇宙中的伽馬射線暴的冰山一角。

那麼問題就來了,伽馬射線暴(以及那些引發它們的天體)是如何在宇宙中分布的呢。這很大程度上取決於那些恆星形成的區域的密度 ,以及那些星系的年齡(或者還存在著其他因素)。儘管看起來大部分伽馬射線暴都發生在遙遠的星系中,它們也有可能出現在相鄰的星系裡,甚至是我們自己的星系。然而,伽馬射線暴出現在銀河中的概率實在是微不足道的。

伽馬射線暴會對地球生態造成影響嗎

據推測,伽馬射線暴在銀河系或臨近星系的概率很小,大約每五百萬年才會發生一次。而且射線很有可能不會對地球造成任何影響。只有那些離我們非常近的伽馬射線暴才會威脅到我們。

這完全取決於光束。如果一個物體不在光束路徑內,那麼即使它和伽馬射線暴的距離很小,他也不會受到影響。然而,如果它在路徑之中,那結果往往是毀滅性的。有證據表明,距我們相對較近的一場發生在大約450,000,000年前的伽馬射線暴可能正是一場生物大滅絕的罪魁禍首。然而,這方面的證據仍不充分。

處於光束的路徑之中

一場伽馬射線暴在附近爆發並且光束直接穿過地球是一個極小概率的事件。不過,如果這種事真的發生了,那它給我們造成傷害的程度將取決於爆發點和我們之間的距離。假設它發生在銀河系中但是遠離太陽系,事態或許還沒有那麼嚴重。如果它爆發在相對較近的位置,那麼危害級別將取決於地球與爆發光束的交集程度。

當伽馬射線直接射向地球,地球大氣層的重要組成部分----臭氧層將會遭到射線破壞。而由那些光子束所引發的化學反應則會導致光化學煙霧的出現。這會進一步損毀保護我們免遭宇宙輻射的屏障。地表的生命將會遭受足以致死的大量輻射。最終的結局就是我們這顆行星上絕大多數物種的滅絕。

幸運的是,統計表明這種事發生的概率是很低的。地球似乎處於這個星系中少有超大質量恆星的區域,同時相鄰的高密度物體之間的距離也沒有越過安全範圍。就算銀河系中爆發了一場伽馬射線暴,它的射線直接穿過地球的概率也是非常渺小的。

所以說,儘管伽馬射線暴作為宇宙中最強大的事件之一,擁有足以毀滅在它行進路線上所有生命的力量,我們也基本上是非常安全的。

天文學家們通過在軌太空飛行器來觀測伽馬射線暴,比如說費米計劃。在銀河系中、在遙遠的外太空裡追蹤每一縷宇宙起源時放射出的伽馬射線。這些太空飛行器同時扮演著對即將爆發的伽馬射線暴的作出相應預警的預警者角色,並且身負著測量它們強度與位置的重任。

作者: John P. Millis, Ph.D

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  • 伽馬射線暴是什麼?地球會被伽馬射線暴的超高能量完全蒸發掉嗎?
    伽馬射線暴發現於1967年,最初時是美國人為了監測前蘇聯的核試驗而發現的,美國的間諜衛星發現每天都有1到2次伽馬射線突然增強的現象,一度認為前蘇聯在頻繁進行核試驗,但又不相信他們每天都在進行核試驗,所以後來又發現這種射線爆發來自宇宙深空,後來天文學家們研究後認為它們大多產生於超新星爆發或者大質量天體合併現象。
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