天文學家們從新的伽馬射線暴中探測到了迄今為止最高能量的光波

2020-12-05 天文在線

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數十億光年外,星系間兩個巨大的爆炸產生了宇宙中最明亮的光波,這是科學家們首次直接觀測到這樣的現象。

這兩個爆炸是伽馬射線暴----宇宙中最大能量光波的短暫爆發。

望遠鏡在探測到第一個射線暴,並在幾個月後探測到了第二個射線暴(下文簡稱『1月射線暴』),其光波的能量是可見光能量的一千億倍。

伽馬射線暴的出現沒有任何前兆,而且在僅數秒鐘後就銷聲匿跡,所以天文學家的動作必須要快。在衛星發現射線暴(以下簡稱『1月射線暴』)的50秒後,地面上的望遠鏡迅速轉向射線暴的方向探測到了一束數千光子的光線。

『這些是目前我們從伽馬射線暴中探測到最高能量的光子』伽馬射線科學家貝爾納迪尼(Elisa Bernardini)在發布會上說道。

全球超過三百位科學家們都在研究這次觀測的數據,他們的報告結果將在《自然》雜誌發表。

圖源:Sciencealert

其實,伽馬射線暴幾乎每天都會發生,但是它們沒有先兆加之持續時間的短暫使其很難被記錄,從而導致了科學家們無法進一步研究其神秘的來源。

天文學家認為伽馬射線暴可能來自於中子星之間的碰撞或者是超新星爆炸(超新星爆炸是當一顆恆星耗盡了內部燃料之後,在重力的作用下塌縮成一個黑洞)

伽馬射線科學家波奇(David Berge)發表道:」伽馬射線暴是宇宙中釋放能量最大的爆炸,一般來說,其數秒所釋放的能量就超過了太陽一生所釋放能量的總和,它們甚至可以照亮整個宇宙。」

在簡短且強烈的伽馬射線爆發之後,通常都帶有數小時或數天的餘輝。

望遠鏡觀測到了來自最初爆發和餘輝的低能量射線。

「我們過去幾十年對伽馬射線暴的研究,幾乎都是靠研究其低能量的餘輝來完成的。」來自美國國家航空航天局的海斯(Elizabeth Hays)說道。

在這兩次伽馬射線暴之前,科學家從來沒有探測到過超高能量的伽馬射線暴本身。

在這天,兩個美國航天航空局的衛星探測到了來自一個40億光年外星系中的爆炸。尼爾·格雷爾斯雨燕衛星與費米伽瑪射線空間天文臺在22秒內就將這個爆炸的坐標發送給了全世界的天文學家們。在收到坐標的27秒後,加那利群島的天文學家將兩架神奇伽馬射線望遠鏡(MAGIC)對準了爆炸來源的坐標。

圖解:NASA發射於2004年11月的雨燕衛星。圖源:Wikipedia

這一束光子在接下來的20分鐘內持續湧入兩臺望遠鏡中,並幫助我們揭露了伽馬射線暴一些最為怪異的特徵。

「到現在為止,我們大約丟失了伽馬射線暴一半的能量收支。且在我們的測量中,超高能量的伽馬射線所釋放的能量竟然與所有低能量輻射所釋放的能量總和差不多,這簡直太不可思議了。」負責神奇伽馬射線望遠鏡的協調工作的科學家桑塔勒克卡(Konstancja Satalecka)說道。

在那次觀測中伽馬射線暴的光子,雖然從能量與數量上都不及射線暴。但是其仍然值得注意,因為高能光子流在爆炸後10小時被探測到,且持續了整整2小時----此時早已是餘輝階段了。

在一眾論文中,研究者認為是電子散射了光子,從而增加了光子的能量。另一篇關於射線暴的文章也同持此論。其實,科學家們從很早就開始懷疑這樣的散射就是在餘輝中存在著如此高能光子的原因之一,而兩個新射線暴的觀測數據首次證明了這一點。

科學家們期望從下次的伽馬射線暴中學到更多關於它們的知識。

「我們尤其要感謝那些地基望遠鏡所做出的貢獻,讓我們終於可以從一個全新的方式觀測伽馬射線暴。」

擴展閱讀:伽馬射線暴

圖解:藝術家想像圖,圖中為一顆巨大恆星的生命演進,核聚變使得輕元素向重元素轉換。當聚變無法產生足夠的能力抵抗重力時,恆星將會迅速塌縮成為一個黑洞。從理論上來說,在塌陷的過程中,能量可能順著懸轉中心軸的方向釋放從而形成伽馬射線暴。

在伽馬射線天文學中,伽馬射線暴是在遙遠星系中發生的極高能量爆炸。它們產生了宇宙中已知最為明亮的電磁波。伽馬射線暴的持續時間從十微秒到幾個小時不等。伽瑪射線暴爆發過後會在其它波段觀測到輻射,稱為伽瑪射線暴的餘輝,根據波段不同可分為X射線餘輝、光學餘輝、射電餘輝等。

作者: sciencealert

FY: 神靈之踹

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