美國(guó)宇航局費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡一直在掃描天空中的伽馬射線暴(grb)，這是宇宙中僅次于宇宙大爆炸的最明亮爆炸。一份最新高能爆炸目錄為科學(xué)家們提供了關(guān)于它們?nèi)绾芜\(yùn)行的新見(jiàn)解。

瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的天體物理學(xué)家馬格努斯·阿克塞爾松說(shuō)：每次爆發(fā)在某種程度上都是獨(dú)一無(wú)二的。只有當(dāng)我們能夠像在這個(gè)目錄中那樣研究大樣本時(shí)，才開(kāi)始了解伽馬射線暴的共同特征。

這些反過(guò)來(lái)又給我們提供了一些線索，讓我們了解起作用的物理機(jī)制，該目錄的研究成果發(fā)表在2019年6月13日出版的《天體物理學(xué)》上，由阿克塞爾松、意大利巴里國(guó)立核物理與理工大學(xué)的伊莎貝塔?比薩迪、以及加州斯坦福大學(xué)的尼古拉?奧莫德伊和賈科莫?維亞內(nèi)洛領(lǐng)導(dǎo)的120多位作者對(duì)該研究論文做出了貢獻(xiàn)。伽馬射線暴，這是光的最高能量形式，大多數(shù)伽馬射線暴發(fā)生在某些類型大質(zhì)量恒星耗盡燃料并坍縮形成新的黑洞時(shí)。

另一些則發(fā)生在兩顆中子星合并時(shí)，這兩種災(zāi)難性的事件都產(chǎn)生了接近光速的粒子噴流。伽馬射線是由高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)在噴流內(nèi)部碰撞以及噴流與恒星周圍環(huán)境的相互作用產(chǎn)生。天文學(xué)家可以通過(guò)它們低能伽馬射線的持續(xù)時(shí)間來(lái)區(qū)分這兩種伽馬射線。中子星合并產(chǎn)生的短爆發(fā)持續(xù)不到2秒，而長(zhǎng)爆發(fā)通常持續(xù)一分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。新目錄包括17個(gè)短暴和169個(gè)長(zhǎng)暴，描述了過(guò)去10年費(fèi)米大區(qū)域望遠(yuǎn)鏡(LAT)觀測(cè)到的186個(gè)事件。

費(fèi)米用兩種儀器觀察這些強(qiáng)大的爆發(fā)，LAT在任何時(shí)候都能看到大約五分之一的天空，并記錄下能量超過(guò)3000萬(wàn)電子伏(MeV)的伽馬射線——這是可見(jiàn)光能量的數(shù)百萬(wàn)倍。伽瑪射線爆發(fā)監(jiān)測(cè)器(GBM)可以看到整個(gè)沒(méi)有被地球遮擋的天空，并探測(cè)到較低的能量排放。迄今為止，GBM總共檢測(cè)到2300多個(gè)伽馬射線暴。下面是來(lái)自LAT目錄的五個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄有趣事件的樣本，這些事件幫助科學(xué)家了解了更多關(guān)于伽馬射線暴的信息。

1、GRB 081102 b

發(fā)生在2008年11月2日的081102B短脈沖是探測(cè)到的最短的伽馬射線暴，持續(xù)時(shí)間只有十分之一秒。雖然這一暴增出現(xiàn)在費(fèi)米觀測(cè)的第一年，但它沒(méi)有出現(xiàn)在2013年出版的早期版本中。第一個(gè)LAT目錄只確定了35個(gè)伽馬射線暴，由于數(shù)據(jù)分析技術(shù)的改進(jìn)，科學(xué)家能夠確認(rèn)該樣本中的一些邊緣觀測(cè)，并為新目錄識(shí)別出五倍數(shù)量的暴增。

2、GRB 160623 a

2016年6月23日在天鵝座發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)壽命爆發(fā)160623A，在LAT energy持續(xù)發(fā)光近10個(gè)小時(shí)，是星表中持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的一次。但在費(fèi)米GBM儀器記錄的較低能量下，它只被探測(cè)了107秒。這兩個(gè)儀器之間的明顯差異證實(shí)了第一個(gè)LAT目錄中暗示的趨勢(shì)。無(wú)論是長(zhǎng)脈沖還是短脈沖，高能伽馬射線的發(fā)射時(shí)間都比低能射線的發(fā)射時(shí)間長(zhǎng)，而且發(fā)射時(shí)間較晚。

3、GRB 130427 a

費(fèi)米LAT探測(cè)到能量最高的伽馬射線達(dá)到940億電子伏(GeV)，距離獅子座38億光年。它是由130427A發(fā)射，它也保持著最多的伽馬射線- 17的記錄，能量超過(guò)10gev。一個(gè)流行的模型提出，在射流中以接近光速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子遇到激波，并突然改變方向，從而發(fā)射伽馬射線。但是這個(gè)模型不能解釋這次爆炸產(chǎn)生創(chuàng)紀(jì)錄的光，這迫使科學(xué)家重新思考他們的理論。

4、GRB 080916 c

已知最遠(yuǎn)伽馬射線暴發(fā)生在122億光年之外的船底座，研究人員計(jì)算這次爆炸的威力相當(dāng)于9000顆超新星。望遠(yuǎn)鏡可以觀測(cè)到這些距離很遠(yuǎn)的伽馬射線暴，因?yàn)樗鼈兎浅Ｃ髁?，但要精確地確定它們的確切距離非常困難。新目錄中的186個(gè)事件中，只有34個(gè)事件的距離是已知的。

5、GRB 090510

已知到090510距離幫助檢驗(yàn)了愛(ài)因斯坦時(shí)空結(jié)構(gòu)是光滑連續(xù)的理論。費(fèi)米幾乎同時(shí)探測(cè)到了高能和低能伽馬射線。用同樣的時(shí)間走了同樣的距離，結(jié)果表明所有的光，不管它的能量如何，在真空中以同樣的速度移動(dòng)。090510發(fā)出的總伽馬射線持續(xù)了不到3分鐘，但它讓我們得以探索這個(gè)關(guān)于宇宙物理非?；镜膯?wèn)題。伽馬射線暴確實(shí)是我們所見(jiàn)證的最壯觀天文事件之一。

少了什么？

GRB 170817A標(biāo)志著第一次從兩顆中子星合并中探測(cè)到時(shí)空中的光和漣漪，稱為引力波。該事件由激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)、室女座干涉儀和費(fèi)米的GBM儀器捕捉到，但沒(méi)有被LAT觀測(cè)到，因?yàn)楫?dāng)航天器經(jīng)過(guò)費(fèi)米軌道上粒子活動(dòng)較高的區(qū)域時(shí)，儀器被關(guān)閉了。既然LIGO和Virgo已經(jīng)開(kāi)始了另一個(gè)觀測(cè)期，天體物理學(xué)界將會(huì)關(guān)注更多GRB和引力波事件。這個(gè)目錄是一個(gè)具有里程碑意義的團(tuán)隊(duì)努力。

其結(jié)果幫助我們了解這些事件的數(shù)量，并為我們未來(lái)的突破性發(fā)現(xiàn)做準(zhǔn)備。費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡是由位于馬里蘭州格林貝爾特美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心管理的天體物理學(xué)和粒子物理學(xué)合作項(xiàng)目。費(fèi)米是與美國(guó)能源部合作開(kāi)發(fā)的，來(lái)自法國(guó)、德國(guó)、意大利、日本、瑞典和美國(guó)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和合作伙伴作出了重要貢獻(xiàn)。

博科園｜研究/來(lái)自：美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心/Jeanette Kazmierczak

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab1d4e

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普