伽瑪射線爆發是什麼?它又是如何引起的?

2020-12-04 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 天文航天系列徵文賽。

當聽到「伽瑪射線」時,你腦海裡第一時間浮現的是什麼?

如果你是超級英雄的狂熱者,你由伽瑪射線就會立馬想到無敵浩克。

伽瑪射線的暴露

浩克,一個眾所周知的巨人超級英雄,在意外接觸到伽瑪射線之後獲得了巨大的能量。

然而,如果你是一個物理學書呆子,那麼你就會說伽瑪射線依賴於電磁光頻譜的極端,也就是我們所知道的最有能量的電磁波。如果你對空間和天體物理學非常專業,那麼你一定經常聽到「伽瑪射線爆發」

然而我們當中一些人並不了解有關現象,也並不清楚它們具體是什麼,那麼接下來我們從最基礎的部分開始。

什麼是伽瑪射線?

伽瑪射線是一種基於原子核的衰變,而被釋放的電磁輻射。一個原子含有一個原子核,一個原子核由質子和中子組成。在更多的自然發生的核素中,次原子級粒子的結構是穩定的。

然而,在同一個原子中,使這些粒子在一起的能量並不強大,因此原子核變得不穩定,為了達到穩定的狀態開始失去質子和中子。這一過程伴隨著某種輻射的的產生。伽瑪射線是伴隨這種衰變所產生的輻射之一。

像其他電磁波一樣,伽瑪射線包含了大量的微型組的能量,即光子。現在,光子產生大範圍的能量。這種包含了最低能量的光子波被稱為無線電波,世界上所有的電信系統都多多少少依賴於它。

電磁頻譜與無線電頻段

無線電波是低能量波,而伽瑪射線是高能量波。(圖源:塔圖阿/海洛創意)

在光譜另一端的伽瑪射線有著能量極高的光子,它們的射線有很強的穿透能力,因為它們可以離子化其他原子,所以如果你直接接觸它們會很危險。

這是關於伽瑪射線一小部分的背景知識,現在讓我們看向具體的問題……

什麼是伽瑪射線的爆發?

就像它的名字表明的那樣,伽瑪射線的爆發是發生在空間中高能量的爆炸反應。通常縮寫為GRB,這是宇宙中最具能量的爆炸,伽瑪射線爆炸一次產生的火光可以照亮整個天空一整天。

最遠的伽瑪射線的爆發

一個藝術家的關於伽瑪射線爆炸的作品,伽瑪射線的爆發在短時間內釋放了大量的能量,使它們成為了宇宙中最具能量的物體。(圖源:歐洲南方天文臺/A.Roquette/維基共享資源網)

伽瑪射線的爆發短則一毫秒,長則幾分鐘,我們永遠無法預測伽瑪射線爆發的地點和時間。

現如今,關於伽瑪射線的爆發最值一提的就是它是極具活力的,它的能量極高,以至於在它的對比下,超新星的出現都變的弱了許多。從我們現在談論的能量總數來看,試想:伽瑪射線在10秒內爆發產生的所有能量比太陽在它整個生命周期產生的能量都要高!

為什麼裸眼不能看見伽瑪射線的爆發?

像之前說的,伽瑪射線的爆發每條至少發生一次。但是,它們產生如此強大能量的爆炸,每天在天空中至少掠過一次,為什麼我們看不見呢?

我們看不見是因為伽瑪射線的爆發是由伽瑪射線產生的,它屬於我們看不見的電磁光譜中的一部分。事實上,我們是看不完全整個光譜的,除了一小部分我們經常提到的「可見光」。

這就是為什麼我們用裸眼無法伽瑪射線的爆發。

伽瑪射線為什麼會爆發?

這裡有一些假設來解釋為什麼伽瑪射線會爆發。

伽瑪射線的爆發

一個藝術家關於伽瑪射線爆發的作品。爆炸產生的光線形成極其規則的兩條光線,一條較窄的內部噴射流和一條較寬的外部噴射流。(圖源:美國航天航空局/雨燕衛星/瑪麗帕特/赫裡比克凱斯和約翰瓊斯/維基共享資源網)

一個理論反駁了伽瑪射線的爆發是由兩個中子星(巨大的兩顆星的崩塌的核心)相撞產生的。

伽瑪射線爆發最終章

一個藝術家的關於伽瑪射線是如何產生爆炸的作品(圖源:美國航天航空局戈達徳太空飛行中心)

另一個猜想已經得到了許多人的推崇:當超新星中的物質以光速撞向地球表面時,伽瑪射線的爆發就產生了。

雨燕衛星,2004年由美國航天航空局發射的無人駕駛宇宙飛船,為了研究伽瑪射線的爆發/黑洞連接,這艘飛船已經沿軌道行走了10多年,自從它進入宇宙起已經記錄了1000多次伽瑪射線的爆發。

這裡有一些在我們的星系中被標記的伽瑪射線的爆發:

雨燕 1000 地圖 4320 位置0

雨燕1000的位置由整個空中地圖導向以至於整個星系(銀河)的平面圖,穿過了中心。爆炸以年份的不同顏色標記。(圖源:美國航空航天局的戈達徳太空飛行中心和二微米巡天計畫/ J卡朋特,TH賈雷特和R赫特)

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.sciabc- Pepper

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