一個國際天文學家小組發現了一對能量比以往任何時候都要強大的伽馬暴。grb是宇宙中已知的最強的爆炸，但這些最新的觀測表明，我們大大低估了它們的真正潛力。
這是藝術家對超新星的構想，它能引發伽馬射線爆發。圖片:DESY，科學傳播實驗室
發表在《自然》雜誌上的三篇論文描述了兩種新的伽瑪射線爆發——GRB 190114C和GRB 180720b——這兩種爆發都產生了迄今為止有記錄的GRB事件中能量最高的光子。這些前所未有的觀測為這些神秘的宇宙事件及其背後的機制投下了新的光——確切地說，是新的光。
伽馬射線爆發被認為是由巨大的恆星坍縮成黑洞，形成超新星所引發的。由此產生的爆炸產生一種強大的、濃縮的噴流，以99.99%的光速將物質射入太空。高速加速的粒子通過與磁場和輻射的複雜相互作用產生伽馬射線。隨後的伽馬射線繼續穿越星際空間，其中一些最終到達地球。當它們與大氣接觸時，伽馬射線會引發粒子級聯，進而產生一種被稱為切倫科夫光的現象，這種現象可以被特殊裝備的望遠鏡探測到。
圖解：哈勃太空望遠鏡於2019年2月11日和3月12日拍攝的GRB 190114C及其母星系的餘輝。
天文學家一直在研究伽馬射線爆了50多年,但還有很多東西要學習,包括需要深入了解伽馬射線產生時,所涉及的物理材料從黑洞拋棄這種極端速度,天文學教授Andrew Levan說華威大學的一個新的研究的作者之一。這一發現的伽馬射線暴，以其前所未有的能量，無疑是有幫助的。
Levan在給天文在線的電子郵件中寫道:「這些新的觀測結果擴大了伽馬射線的能量範圍，揭示了我們以前從未見過的輻射的新組成部分。他們是一個讓望遠鏡探測到這種光的技術的絕佳示範。最重要的是，它們提供了一種理解自然界最極端條件下物理學的新方法。」
事實上，如果沒有一些令人印象深刻的技術，這些觀測是不可能的。新論文中描述的GRB能量是通過觀察它們對大氣的影響來測量的。當伽馬射線衝進我們的天空時，它們會產生大量的粒子，產生一種空氣簇射。以相對論速度運動時，這些簇射會產生一種可探測到的藍色輝光，稱為切倫科夫光，切倫科夫望遠鏡可以適當地探測到這種藍光。
圖解：概念圖顯示了特殊裝備的望遠鏡探測切倫科夫光，切倫科夫光由入射的伽馬射線產生，可探測為藍光。圖片:DESY，科學傳播實驗室
在這種情況下，這些望遠鏡是納米比亞的高能立體成像系統(HESS)和加那利群島的主要大氣伽馬成像切倫科夫(MAGIC)，兩者都是由馬克斯·普朗克學會操作的。以前曾用衛星來觀測切倫科夫光，但它們的儀器不夠靈敏，無法探測到超高能量的事件，因為它們產生的是弱光。
第一次高能事件是在2018年7月20日發生的GRB 180720B，由馬克斯·普朗克研究所(Max Planck Institute)、德國Elektronen-Synchotron (DESY)、國際射電天文學研究中心(ICRAR)和其他幾個機構的天文學家領導的一篇論文中進行了描述。第二個事件，GRB 190114C，發生在2019年1月14日，在兩篇新論文(這裡和這裡)中有描述，都是由馬克斯·普朗克物理研究所的Razmik Mirzoyan領導的。來自世界各地的300多名科學家參與了這項研究。
Levan解釋說:「這些特殊的爆發的特別之處不在於它們總共發出了多少能量，而在於我們從單個的光中看到的能量。」「我們可以把光看作是由稱為光子的小粒子組成的，這些光子中的每一個都攜帶著能量。我們通常用電子伏特來測量能量，也就是單個電子通過1伏特的能量。」
我們周圍的光子，我們用眼睛看到的，通常擁有大約1電子伏的能量，但是來自GRB 190114C的光子，通過魔法測量，攜帶超過1萬億電子伏(TeV)，這是我們用眼睛看到的能量的一萬億倍，Levan解釋說。從另一個角度看，2013年創下記錄的GRB的測量值為940億電子伏特，即0.094 TeV。
他說:「這有點像你旁邊站著的人是比爾·蓋茨，而你的名下只有10美分。」不出所料，如果一個光子有這麼多能量，它可以做不同的事情——有點像你可以用1000億美元而不是10美分過一種完全不同的生活。所以這種高能的光確實為宇宙打開了一扇新的窗戶。」
MAGIC收集的數據顯示，GRB 190114C的能量在2000億到1000億電子伏特之間，即0.2到1太電子伏特。這是目前發現的最強的GRB事件。來自支持性天文臺的觀測表明，這個GRB距離地球約40億光年。根據赫斯的測量，早期的GRB 180720B稍弱一些，記錄的能量在1000億到4400億電子伏特之間，即0.1到0.44 TeV，據估計距離我們60億光年。
圖解：概念圖顯示了魔術天文臺掃描天空中的伽馬射線。圖片來源:Superbossa和C. right。
「這些觀測最讓我驚訝的是，經過十多年的努力，我們終於看到了這樣的高能排放，」Levan說。他說，除了這兩起事件外，去年夏天還記錄了另一起大的GRB，具體細節尚未公布。「這意味著這種發射不是很罕見，而是在伽馬暴中很常見。在這種情況下，我們花了這麼長時間才找到合適的條件來發現這種異常高能的光，這實在令人驚訝。」Levan告訴天文在線。
這些新論文除了描述了新的grb，還對高能光子提出了解釋。高能光子被認為是由一種被稱為逆康普頓散射的雙刃劍過程產生的。起初，快速加速的粒子在爆炸內部的強磁場中反彈，導致同步輻射(是的，與地球上同步加速器和其他粒子加速器產生的輻射相同，但這是比較的終點)。然後，在第二階段，同步加速器的光子撞擊產生它們的快速粒子，將它們的能量提升到地球大氣中記錄的極限速度。
說明黑洞如何形成grb的圖表。
圖片:美國宇航局的戈達德太空飛行中心
grb幾乎每天都被衛星記錄下來，但從宇宙學的角度來看，它們實際上非常罕見——謝天謝地。把這些東西的力量的角度來看,一個「典型的破裂釋放能量在幾秒鐘,太陽將在整個100億年的壽命,」天文學家吉瑪安德森解釋說,科廷大學研究的合著者節點國際射電天文學研究中心在一份新聞稿中。如果伽馬暴在我們附近的任何地方爆發，並直接聚焦於地球，就可能引發大規模滅絕。
正如Levan向天文在線解釋的那樣，這樣的事件可能確實發生在地球的遠古過去。
「我們在地質記錄中可以看到一次大滅絕事件——奧陶紀大滅絕——這與我們預期的伽馬射線爆發相吻合，」Levan說。「如果一個事件離地球足夠近，現在就影響到我們，我們就會產生一些有些矛盾的效果。」說明黑洞如何形成grb的圖表。
圖片:美國宇航局的戈達德太空飛行中心
幾乎每天都被衛星記錄下來，但從宇宙學的角度來看，它們實際上非常罕見——謝天謝地。把這些東西的力量的角度來看,一個「典型的破裂釋放能量在幾秒鐘,太陽將在整個100億年的壽命,」天文學家吉瑪安德森解釋說,科廷大學研究的合著者節點國際射電天文學研究中心在一份新聞稿中。如果伽馬暴在我們附近的任何地方爆發，並直接聚焦於地球，就可能引發大規模滅絕。
正如Levan向天文在線解釋的那樣，這樣的事件可能確實發生在地球的遠古過去。
「我們在地質記錄中可以看到一次大滅絕事件——奧陶紀大滅絕——這與我們預期的伽馬射線爆發相吻合，」Levan說。「如果一個事件離地球足夠近，現在就影響到我們，我們就會產生一些有些矛盾的效果。」
首先，伽馬射線會破壞臭氧層，使大量的紫外線到達地表，Levan說。相比之下，由於大氣中關鍵分子的破壞和氧化亞氮的存在，可見光可能會被阻擋。氧化亞氮會阻擋陽光，引發冰河世紀。這種大氣效應的雙重打擊將是……壞的。
「這與4.4億年前奧陶紀大滅絕時的情況是一致的，儘管這不是唯一可能的解釋，」Levan說。「然而，要想影響我們，伽馬暴必須離我們足夠近，而且它的噴流直接指向我們。觀測表明，伽馬暴在銀河系中實際上非常罕見。」
對此，他補充道:「我們真的不指望會比每十億年左右受一次重大影響的頻率更高——我們沒有理由因為這種可能性而失眠。」
每十億年左右一次，嗯?我喜歡這種可能性。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. gizmodo-喬治Dvorsky-Aphrodite
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