新黑洞的「出生哭聲」——迄今觀測到的最亮伽馬射線暴繼續困擾著天文學家

莫心海


【正見網2023年04月05日】

據當代科技前沿網站(ars Technica)3月30日報導,2022 年 10 月 9 日上午,多個太空探測器探測到一次強大的伽馬射線暴 (GRB) 穿過我們的太陽系,讓世界各地的天文學家爭先恐後地將他們的望遠鏡對準那片天空,以收集有關事件及其後續的重要數據。這次伽馬射線爆發被稱為 GRB 221009A,被認為可能是新黑洞的「出生哭聲」,是迄今為止記錄到的最強大的一次伽馬射線爆發。這就是為什麼天文學家將它暱稱為「BOAT」(Brightest Of All Time),即有史以來最亮的。

哈勃太空望遠鏡的廣角相機 3 揭示了GRB221009A 及其宿主星系的紅外餘輝

該事件迅速發表在天文學家的電報(天文學家用於通報最新天文事件的網站)中,我們現在在《天體物理學雜誌快報》特刊上發表的幾篇新論文中獲得了後續觀測的新數據。調查結果證實 GRB 221009A 確實是 BOAT,由於其狹窄的射流直接指向地球而顯得特別明亮。 「這可能是自人類文明開始以來襲擊地球的最明亮的事件,」路易斯安那州立大學的天文學家埃裡克.伯恩斯(Eric Burns)告訴新科學家網站。 「這次爆發的能量如此之大,就算是整個太陽全部轉化為純粹的能量,也比不上這次爆發的能量大。簡直沒有可比性。」

但接下來的各種分析也產生了一些令天文學家困惑的結果,並可能導致對當前的伽馬射線暴模型的重大修正。例如,一顆超新星本應在爆發後幾周發生,但天文學家尚未探測到。來自餘輝觀測的無線電數據也與現有模型的預測不符。

伽馬射線暴是遙遠星系中能量極高的爆炸,持續時間從幾毫秒到幾小時不等。有兩類伽馬射線暴。大多數 (70%) 是持續兩秒以上的長爆發,通常帶有明亮的餘輝。這些通常與恆星快速形成的星系有關。

那些持續不到兩秒(約 30%)的伽馬射線爆發被認為是短爆發,通常從恆星形成非常少的區域發射。天文學家認為這些伽馬射線暴是兩顆中子星合併的結果,或者一顆中子星與黑洞合併的結果,構成了一顆「千新星(Kilonova)」。

2022 年 10 月的伽馬射線暴屬於長類,持續時間超過 300 秒。 GRB 221009A 觸發了 NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡、雨燕(Swift)天文台和 太陽風(Wind) 太空飛行器等的探測器。強大的信號來自射手座,距離地球 19 億光年。

在 GRB 221009A 首次被發現後,Swift天文台和其他機構繼續在 11 月底每天和 12 月每隔一天觀察一次爆發,直到地球轉到了爆發的被太陽擋住位置。(Swift在 2 月恢復了每周定期觀察。)各種天文台收集了跨越電磁波譜的數據——從無線電到伽馬射線體系——以儘可能多地了解該事件。

無線電波數據顯示 GRB 221009A 比之前觀測到的任何伽馬射線暴都要亮 70 倍,因此它確實是 BOAT(到目前為止)——可能是萬年一遇的事件。爆發的總能量對於伽馬射線暴來說並不是特別大,但發射能量的射流異常狹窄——並且直指地球,這使得 GRB 221009A 看起來特別明亮。

但天文學家尚未發現相關超新星的證據,這可能是因為那部分天空中厚厚的塵埃雲(僅比我們銀河系平面高几度)使入射光變暗。

雖然伽馬射線暴通常在幾秒鐘內就結束了,但它們會在整個光譜範圍內留下餘輝輻射,這些餘輝輻射持續數月甚至數年,而後續各種光譜的觀測數據為天文學家提供了難得的機會來詳細探索餘輝的演變。他們驚訝地發現,無線電數據顯示爆發產生的射流隨著時間的推移平穩且相當緩慢的演變,這與現有模型的預測相矛盾。

「25年來與其它觀測吻合很好的餘輝模型無法完全解釋這種射流,」位於圖森市的亞利桑那大學天文學家凱特.亞歷山大(Kate Alexander)說。 「這個 [新的無線電成分] 可能表明射流內部有額外的結構,或者表明需要修改我們關於伽馬射線暴射流如何與周圍環境相互作用的模型。」

參考資料:

1、https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/grb_wfc3ir_mstr_crop_final_circled_2160.jpg
 

2、https://arstechnica.com/science/2023/03/brightest-ever-gamma-ray-burst-the-boat-continues-to-puzzle-astronomers/

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