伽瑪射線之謎解決了

2020-12-04 百家號

關於宇宙中高輻射能量短脈衝起源的一個30年前的難題已經解決了。在當前的「 自然」雜誌中,四個不同的天文學家團隊提供了各種證據,這些證據首次確定了所謂的短伽馬射線爆發的宇宙學距離,並指向兩個小的碰撞源。但密集的恆星,被稱為中子星,或中子星與黑洞的碰撞。這一發現最終證實了一種稱為合併模型的理論,不僅為這些不尋常事件的更詳細研究打開了大門,而且為探測引力波的可能性打開了大門,引力波是由重力產生的時空難以捉摸的振蕩。

短伽馬射線爆發是長伽馬射線爆發的表親,這些爆發是大量能量的顯示,持續時間超過兩秒,並且在衰落之前短暫地超過其他能量源。1997年,天文學家確定長伽馬射線爆發的來源是超新星爆炸,一顆大質量恆星的崩塌。他們還發現,使用用於檢測光學頻率,X射線或無線電波的儀器可以觀察到一個月的餘輝。

不幸的是,試圖找到餘輝並因此發現短伽馬射線爆發的來源證明是徒勞的。一些研究人員推測,這些餘輝沒有被發現,因為它們發生在一個不太密集的星系區域,在那裡被彈出的物質沒有機會與大量粒子相互作用並產生足夠明亮的爆發。其他人認為明亮的能量存在,但天文學家只是沒有將他們的儀器指向正確的方向。

2004年11月,美國國家航空航天局發射了Swift衛星,專門用於探測X射線輻射,然後迅速轉向其成像源。到今年5月,美國宇航局戈達德太空飛行中心的尼爾·格裡爾斯率領的一支隊伍用衛星探測到了第一次短暫爆發。他們確定它來自一個橢圓星系,通常由較老的恆星組成。

此後不久,7月,由麻省理工學院的耶穌諾埃爾·比塞納爾領導的另一支隊伍使用名為HETE 2的衛星進行了第二次短暫爆發。其他兩支隊伍,一隊由加州理工學院的Derek Fox領導,另一隊由Jens Hjorth領導。哥本哈根大學從爆發中探測到X射線和光學餘輝。他們計算出光度比長伽馬射線爆發的亮度低約1,000倍。

數據顯示,儘管能量輸出遠低於大質量恆星坍塌後的能量輸出,但它太高了,不能用其他理論來解釋,這些理論表明能量來源於中子星的地震。「我們提出的所有證據都為合併模型提供了一個堅實的案例,它對於大規模的恆星模型來說非常致命,」福克斯說。

合併模型假設兩顆恆星已經開始作為彼此軌道運行的大型實體,在大約一千萬年的時間裡燃燒了它們的燃料,並坍塌成大約相當於紐約市大小的高密度中子星。超過1億到數十億年,這兩個物體繼續失去能量,而且正如他們所做的那樣,它們的軌道會縮小。最終它們發生碰撞並產生短伽馬射線爆發。(如果一顆恆星成為最終吞噬其夥伴的黑洞,該理論也會奏效。)

根據所收集的數據,天文學家現在估計,對於每次發生的短伽瑪爆發,另外30次未被發現。這些知識可以推進使用引力波探測器進行的研究,例如加州理工學院雷射幹涉儀引力波天文臺。這些儀器被用於測量來自諸如黑洞之類的來源的引力波,這些引力波部分地因為它們不發射輻射而逃避理解。

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