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  • 1 # 科技領航人

    我們的宇宙浩瀚無比,充滿各種危險,充滿敵意!在有形天體之間有著大片虛無,這種虛無跨越了數千億公里,在遙遠的距離中,有一小撮物質到處飛射。

    當然,這些條件大多不適合居住,沒有可呼吸的空氣,缺乏允許生命存在的典型東西。這種黑暗有時會被照亮,儘管這並不能真正改變這種敵意。這些明亮的光源來自巨大的爆炸,流星體轟擊一顆行星,猛烈的耀斑從燃燒的恆星中噴出,或者當類星體與自身相撞時。

    圖注:燃燒的恆星上的火焰。

    然而,一種宇宙爆炸是無以倫比的,它們是如此致命,以至於我們能發現距離我們的星球數十億光年它們伽馬射線爆發。

    充滿能量的伽馬射線爆發

    Sunny燦爛,照亮了我們的白天的天空。正如我們所知,它是地球上生命之源,用它發出的光滋養和支撐著地球上的物種。隨著氫與氦的不斷融合,太陽燃燒了一些氣體,產生了巨大的太陽耀斑。它的射程也是巨大的,因為它的光線到達了太陽系的不可思議的遙遠角落,這些地方距離太陽數十億公里。太陽每秒產生約4×10^26焦耳的能量,考慮到太陽的壽命為100億年,它確實會消耗大量的能量。

    圖注:太陽雖然強大,但它的光是沒法與伽馬射線爆發(GRB)媲美。

    然而,這不能媲美伽馬射線爆發,因為它們釋放出的能量與太陽100億年產生的能量相同。伽馬射線是電磁波中能量最大的波,波長最小。它們被認為是宇宙中能量最豐富、發光最多的事件,僅次於宇宙大爆炸,儘管這些爆發持續時間很短,持續時間從幾毫秒到幾小時不等。

    伽馬射線在宇宙中非常豐富,但肉眼看不見,這使得我們的夜空呈現黑色。如果我們能看到這些射線,夜空看起來會截然不同,更加混亂和閃爍。

    伽馬射線爆發的原因

    電磁輻射在電磁場以波(光子、量子)的形式攜帶輻射能。這些波的特性取決於它們的波長,波長決定它們的行為;這種位勢行為可以在電磁頻譜中映射出來。該光譜包括無線電波、微波、紅外線、可見光(對人類)、紫外線、X射線和伽馬射線,按波長的降序排列。

    圖注:電磁頻譜。

    伽馬射線位於光譜的末端,產生於原子核的放射性衰變。它們具有最短的波長,但包含光譜中的能量最多。伽馬射線伴隨著宇宙中最令人印象深刻的高能爆炸。

    產生它們的方法之一是,一顆比太陽大50多倍的巨型恆星演化到了其終點並爆炸,最終形成黑洞。在這個過程中,伽馬射線的噴射被髮射出來,在幾秒鐘內產生前所未有的能量。當中子星(一顆巨大恆星的坍塌核心)相互碰撞時,它們也被認為產生伽馬射線爆。其他一些理論認為,當中子星與黑洞合併或兩個黑洞相互碰撞時,也會伽馬射線爆。最近的研究觀察到,伽馬射線的這些輻射主要是由物質以及黑洞產生的強磁場引起的。

    圖注:從黑洞中噴出的伽馬射線的藝術家表現。伽馬射線爆發的型別

    為了瞭解一段時間內天體現象的光強度,天文學家繪製了一個稱為光曲線的圖形。此圖顯示了發射光的特定頻率和波段,以及各種其他屬性,如光的強度,這些特性提供了對天體現象的瞭解。

    在所有伽馬射線爆發觀測中,沒有兩次爆炸具有相同的光曲線。它們在觀察到的所有屬性中是不同的,因為它們具有不同的強度和峰值,以及初始亮度和後續褪色的不同模式。有些有前兆弱爆發,然後變成隨後的強爆發。

    因此,對伽馬射線爆發進行分類的一種方法是透過爆炸的持續時間,正如我們在下文所描述的那樣。

    圖注:多變的伽馬射線光曲線。短伽馬射線爆發

    這些伽馬射線爆發的持續時間不到2秒,佔所有檢測到GRB的30%。由於其極短的壽命,很難檢測和觀察它們。

    2005年之後的觀測表明,這些事件具有餘輝,與橢圓星系和巨大星系團的中心區域有關。這排除了與大質量恆星和超新星的任何聯絡,表明它們不同於持續時間較長的伽馬射線爆發。理論確實將它們與千新星聯絡起來,即中子星碰撞或黑洞吃掉中子星的事件。

    圖注:哈勃拍攝的GRB130603B長伽馬射線爆發

    這些是觀測最良好的伽馬射線爆發( GRB),因為它們發生的時間超過 2 秒,並且通常是觀測到的 GRB 中最常見的,佔所有檢測的 70%。它們最常發生在一顆巨大的恆星坍塌和超新星的情況下。

    圖注:超新星爆炸引起明亮的伽馬射線爆發。超長伽馬射線爆發

    儘管它們代表 Long GRB 分類的尾端,持續時間超過 10,000 秒,但它們被視為自己的獨立類。這些長尾巴在磁星誕生、藍色超級巨星的坍塌或潮汐破壞事件(當一顆恆星非常接近黑洞,被其潮汐力拉開時)就可以看到。

    歷史觀察

    關於GRB的詳細觀察是最近出現的現象。就在20年前,我們還沒有具體證據證明這些事件的發生,GRB 020813改變了這一切。2002年8月13日,美國一顆用於探測伽馬射線爆發衛星的高能瞬態探測器觀測到GRB 020813。爆裂時間約125秒,與一顆超新星的巨大恆星有關。以今天的標準,衛星擁有低解析度裝置,但讓我們對GRB有了簡要的瞭解。

    2008年,GRB 080916C的探測打破了有記錄以來最致命的爆炸記錄。2008年9月16日,美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡探測到它。爆裂有5900型拉超新星的組合能量!距離也很大,因為天文學家計算出它起源距離地球122億光年,這意味著它發生在宇宙只有15億年的時候,持續了23分鐘的時候。

    圖注:GRB 080916C 快速觀察

    另一項記錄由GRB 130427A創造,可以探測到一整天,是2013年4月27日從地球上發現的最近的GRB記錄之一。它被探測到它的起源距離地球為36億光年,並攜帶了940億電子伏特的能量。這是更持久的爆發之一,因為X射線餘輝可以在事件發生6個月後檢測到。

    圖注:GRB 130427A。

    GRB 190114C 的探測打破了其他伽馬射線爆發迄今創下的記錄。這次爆發是在2019年1月發現的,是地球上有記錄以來最亮的事件。該事件產生了1萬億電子伏特的能量,是可見光光子能量的1萬億倍。它被認為是自大爆炸以來最明亮的事件!

    圖注:GRB 190114C。

    更好的檢測技術將使我們能夠檢測將來可能打破 GRB 190114C 記錄的事件。如果真的發生了,那將會是一場地獄般的爆炸!

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