
俄勒岡州立大學的研究人員證實,去年秋天兩顆中子星的結合確實導致了一次短暫的伽馬暴。表在《物理評論快報》上的這一發現,代表了天體物理學家對雙中子星合併、引力波和短伽馬射線爆發之間關係的理解的關鍵一步。伽瑪射線暴通常縮寫為GRBs,是電磁波中波長最短的窄束。grb是宇宙中最強大的電磁事件,它發生在地球上數十億光年的範圍內,並且在幾秒鐘內就能像太陽在其生命周期中那樣釋放出大量的能量。GRBs分為兩類,長期和短期。長伽馬暴與大質量恆星的死亡有關,因為它的核心變成了一個黑洞,可以持續幾秒到幾分鐘。
短伽馬射線爆,圖片:Oregon State University
短伽瑪暴被懷疑是由於兩顆中子星的合併而產生的,這也導致了一個新的黑洞——一個超緻密物質的引力強大到連光都無法逃脫的地方。2秒是一個短的GRB的時間框架。中子星一詞是指一顆大恆星在引力作用下坍縮的核心,中子星是已知的最小、密度最大的恆星。據美國國家航空航天局(NASA)稱,中子星的體積如此之大,以至於一顆糖大小的物質的重量超過了10億噸。2017年11月,來自美國和歐洲合作夥伴的科學家宣布,他們發現了一束x射線/伽瑪射線閃光,與引力波爆炸同時發生,隨後又發現了一種名為「基洛諾娃」(kilonova)的新宇宙爆炸發出的可見光。
引力波是時空結構中的一個漣漪,2015年9月首次被探測到,這是物理學和天文學上的一個紅字事件,證實了阿爾伯特·愛因斯坦1915年提出的廣義相對論的一個主要預測。OSU科學學院的理論天體物理學家Davide Lazzati說:在我們對宇宙的理解中,同時探測到來自同一位置的伽馬射線和引力波是一個重要的裡程碑。伽瑪射線可以精確地定位引力波來自哪裡,而來自重力和電磁輻射的綜合信息讓科學家能夠探測到雙星系統,這是史無前例的。然而在Lazzati的最新研究之前,對於探測到的電磁波是「短暫的伽瑪射線爆發,還是短暫的伽瑪射線爆發——後者是一種不同的、較弱的現象——一直是一個懸而未決的問題。
在2017年夏天,Lazzati的理論家團隊發表了一篇論文,預測即使伽瑪射線不是直接指向地球,也可以觀測到與雙星引力發射有關的短伽馬暴。X射線和伽瑪射線是準直的,就像燈塔的光一樣,只有當光束指向地球時才容易被探測到,另一方面,引力波幾乎是各向同性的,總是可以被探測到。各向同性是指向各個方向均勻傳播。我們認為,短伽馬暴與周圍環境的相互作用產生了第二種發射源——繭,這個繭比主光束弱得多,如果主光束指向我們的儀器,它是無法探測到的。然而它可以被探測到附近的爆炸,它的波束指向我們。
在2017年11月的引力波探測之後的幾個月裡,天文學家繼續觀察引力波的來源。在伽馬射線爆發後,更多的輻射出現了:無線電波和x射線,這與典型的短餘輝不同。通常會有一個短暫的爆發,一個明亮的脈衝,明亮的x射線輻射,然後它會隨時間衰減。這個有微弱的伽馬射線脈衝,餘輝很微弱,很快變亮,持續變亮,然後關閉。但當從一個離軸的觀測點觀察時,當沒有盯著飛機的槍管時,這種行為是意料之中的,觀察結果與我們預測的完全一致。有大量的間接證據,這正是我們所期望的離軸射流所能做的事情,也令人信服地證明了雙星合併和短伽馬暴確實是相互關聯的。
博科園-科學科普|參考期刊文獻:物理評論快報|來自:俄勒岡州立大學