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國際天文學家團隊檢測到一對伽馬射線暴（下簡稱GRB）所帶的能量超過過去所觀察到的所有事件。GRB是我們所知的宇宙中最強爆炸，但是最新的觀測表明，我們嚴重低估了他們的真實潛力。
Nature期刊發表的三篇新論文描述了兩種新的伽馬射線暴-GRB 190114C和GRB180729B。兩個GRB都產生有記錄以來能量最高的光子。這項史無前例的觀察為科學家提供了新的對於神秘宇宙事件和背後機理的研究方向。
人們認為當大型恆星坍塌為黑洞成為超新星時觸發GRB。所引發的爆炸生成一股強有力的濃縮噴氣，向太空噴射出的物質其速度大約為光速的99.99%。這些被急劇加速的粒子通過磁場和輻射的複雜變化產生伽馬射線。因此而產生的伽馬射線繼續在星際空間旅行，其中一些最終到達地球。當他們與我們的大氣層相遇時，伽馬射線觸發粒子級聯反應，因此產生的大氣是我們熟知的切倫科夫光，可以通過特殊的望遠鏡觀測到。
天文學家已研究GRB超過50年，但是仍然有許多內容等待去探索，包括伽馬射線如何存在以及當物質以極快的速度從黑洞被噴射時所涉及的物理學，華威大學天文學教授以及nature最新論文之一的合作作者Andrew Levan講到。新檢測到的具有前所未有能量的GRB或許可以為科學家的研究提供幫助。
「這些新的發現將我們所觀察到的伽馬射線能量範圍擴大並且揭示了一個新的我們從未看過的成分。」Levan在與天文在線的郵件中說到。「一個天文望遠鏡技術證明可以檢測此類光線，這是令人十分激動的。最重要的是，他們提供了一種新的方式以理解自然中最極端條件的物理學。」
的確，如果沒有超強的技術支撐，這些觀察將是無法實現的。新發表論文中所描述的GRB能量是通過觀察在我們的大氣層產生的效果測量的。當伽馬射線衝入我們的天空時，他們釋放出大量的粒子，產生各種大氣宇宙射線簇射。以相對論速度移動，這些簇射產生一個可測量的淺藍色光芒，稱為切倫科夫光，可以通過切倫科夫望遠鏡足夠準確的檢測。
這些望遠鏡是位於納米比亞的高能量立體系統（HESS）和位於加那利群島的MAGIC，他們都由Max Planck Society操作。衛星之前被用於觀察切倫科夫光，但是此類設備不足以敏感的檢測超高能量事件，因為他們會產生弱光。
第一個高能量事件GRB 180720B發生在2018年7月20日，由Max Planck協會，Deutsches Elektronen-Synchotron (DESY)，ICRAR和一些其它組織的天文學家發表的論文進行了描述。第二個事件，GRB 190114C出現在2019年1月14日，由兩篇新論文進行了介紹，都是由Max Planck 物理協會的Razmik Mirzoyan發表。全球超過300個科學家參與了這項研究。
「關於這些特殊爆炸的顯著特徵不在於他們共噴射出多少能量，而是這些可觀察到的能量來源於光，」Levan解釋道。「我們知道，光是由光子構成的，並且每一個光子都帶有能量。我們通常測量每個電子伏特單位下的能量，也就是每個電子通過1伏特電壓的能量。」
我們所看到環繞在周圍的光通常含有1電子伏特的能量，但是來自於GRB 190114C的光子，通過MAGIC的測量發現攜帶了超過1TeV的能量，這是我們可以看到的光線所攜帶能量的1萬億倍，Levan解釋說。通過望遠鏡，2013年測量到一個創紀錄的GRB，其能量為940億電子伏特，也就是0.094TeV。
「這有點像你名下有10分錢，而你旁邊所站的人是比爾蓋茨，」Levan講到。「並不奇怪的是，如果一個光子擁有如此大的能量，他可以做一件非同尋常的事情——有點像你可以過上擁有1000億的生活，這與只擁有10分錢相差太大了。因此，這強大的能量光線確實打開了我們對於宇宙的認知的另外一個角度的窗口。
由MAGIC收集的數據顯示，來自GRB 190114C的能量介於2000億和1萬億電子伏特之間，即0.2TeV和1Tev之間。這是目前所檢測到的最強的GRB事件。通過望遠鏡的觀察，此GRB距離地球大約40億光年。先前的GRB 180720B是由HESS觀察到的，其能量相對較弱，能量介於1000億和4400億電子伏特之間，即0.1TeV到0.44TeV，距離地球大約60億光年。
「大多數關於GRB的觀察所讓我所驚訝的是，在經過數十年的努力之後我們才最終看到如此高能量的爆炸，」Levan講到。除了這兩個事件，另外一個大的GRB在去年夏天被觀察到，但是具體細節還未被公開。「這意味著除了與其說是稀有，這類發射在伽馬射線暴中其實是常見的。在此情況下，最讓我們驚訝的是，我們等待了這麼長時間才發現了如此大能量的光線，」Levan對天文在線講到。
新發表的論文除了描述了新的GRB之外，還解釋了這些高能量的光子，認為能夠產生兩種不同的過程，被稱為逆康普頓散射。起初，急劇加速的粒子伴隨著爆炸在強磁場中彈跳，導致同步加速輻射（地球上的同步加速器和其他粒子加速器也可以產生相同的輻射，但此後與之不同）。之後，在第二階段，同步加速的光子撞擊著生成他們的快速粒子，以增加他們的能量從而達到地球大氣層的極端速率。
通過衛星幾乎每天都會記錄到GRB，但是從宇宙視角來說，他們實際上是非常稀有的——謝天謝地。將這些事件的能量以望遠鏡觀察，一個「典型的爆炸在短時間內釋放了太陽在其100億生命中的全部能量，」ICRAR-科廷大學天文學家Gemma Anderson解釋說。如果一個GRB在我們周邊任何一個地方爆炸，他會直接面向地球，可能引起大規模的滅絕。
正如Levan向天文在線所說，這類事件曾在地球發生過。
「曾經有一次大規模滅絕事件通過地理可以了解到——奧陶紀滅絕——與我們所預測的一次伽馬射線暴相契合」，Levan講到。「如果一件事發生在非常靠近地球以至於影響到如今我們的生活，我們會有一些自相矛盾的現象。」
首先，臭氧層會被伽馬射線損害，使得大量的紫外線到達表層，Levan講到，相反，由於大氣中的主要分子的破壞以及一氧化二氮的存在，紫外線將會被鎖定，因此會阻擋陽光，引發冰河世紀。這個雙重打擊會使得大氣層的效果變得非常糟糕。
「這與我們所看到的4400億年前奧陶紀滅絕相吻合，儘管這並不只是唯一的解釋，」Levan講到。「然而，如果伽馬射線暴對我們產生一定的影響，他必須距離我們足夠的近，使得他徑直朝著我們噴發。我們的觀察預示著，伽馬射線暴在銀河系中其實是非常罕見的。」
此外，Levan還補充道：「我們並不期待著受到的影響比10億年前嚴重得多——或許沒有理由讓這個理由不成立。」
大約每10億年左右？我希望這是假的。
作者： George Dvorsky
FY: 李Nn
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