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  • 1 # 小宇堂

    迄今為止人類觀察到的最強大(能量最強)的伽馬射線暴是GRB 190114C,能量級別達到1T電子伏(1,000,000,000,000電子伏)。但關於其成因,科學家們仍然在研究之中,結論尚不明朗,基本上是模糊的猜測。

    上圖:GRB 190114C藝術想象圖。

    最強的伽馬射線暴簡介

    GRB 190114C是最近才觀察到的一次十分引人注目的伽馬射線暴,來自一個50億光年外的星系,最初在2019年1月被檢測到。

    2019年1月,包括NASA的Swift和Fermi望遠鏡以及主要大氣伽馬成像切倫科夫望遠鏡在內的一系列望遠鏡檢測到了極長且強烈的伽馬射線暴(GRB)。探測到的這些伽馬射線暴被編號為GRB 190114C,具有迄今為止觀察到的最高能量:1T電子伏特——每個光子的能量約為可見光的一萬億倍。

    這次伽馬射線暴產生的光算得上自宇宙大爆炸以來在地球上見到過的最亮的光了。

    馬射線爆發是宇宙中最強大的爆炸。它們以伽馬射線發出大部分能量,這種射線比我們用眼睛看到的可見光強烈許多。

    長期以來,科學家一直試圖觀察由伽馬射線暴產生的如此高的能量,因此,本次觀測結果被認為是高能天體物理學中的一個里程碑。

    上圖:哈勃望遠鏡2013年觀測到的一次伽馬射線暴

    伽馬射線暴的一般成因

    一些長伽瑪射線暴與超新星有關(GRB 190114C就是一次長伽馬射線暴),其宿主星系迅速形成恆星這一事實提供了強有力的證據,證明長伽瑪射線爆發與大質量恆星有關(大質量恆星才有可能形成超新星事件)。

    長伽馬射線暴的起源最廣為接受的機制是坍縮星模型,在該模型中,一個巨大的、低金屬性的快速旋轉的恆星的核心在其演化的最後階段坍塌成黑洞。靠近恆星核心的物質向中心塌縮並旋轉成高密度吸積盤。這些物質落入黑洞後,沿旋轉軸將一對相對論射流射出,這些射流撞擊恆星殼,最終穿透恆星表面並以伽馬射線方式輻射。

    上圖:伽馬射線暴的坍縮星模型的光度曲線。

    在銀河系中,產生長伽馬射線爆發的恆星中最接近的類似物可能是沃爾夫-雷耶特恆星,這是一顆非常熾熱且質量巨大的恆星,它們將大部分或全部氫釋放轉換為輻射壓力。Eta Carinae和WR 104被認為是未來可能的伽馬射線爆發祖星。目前尚不清楚銀河系中是否有恆星具有產生伽馬射線爆發的適當特徵。

    上圖:哈勃太空望遠鏡拍攝的沃爾夫-雷耶特 (Wolf-Rayet)恆星WR 124及其周圍星雲的影象。這顆恆信是長伽馬射線暴祖星的候選者。

    大質量恆星模型可能無法解釋所有型別的伽馬射線爆發。有充分的證據表明,在沒有恆星形成且沒有大質量恆星的系統中會發生一些短時間的伽馬射線爆發,例如橢圓星系和星系暈。對於大多數短伽瑪射線爆發的起源,較受歡迎的理論是由兩個中子星組成的雙星系統的合併。根據該模型,雙星中的兩顆恆星彼此緩慢旋轉,因重力輻射釋放能量直到潮汐力突然將中子星撕裂,它們坍塌成一個黑洞。物質落入新的黑洞中會產生吸積盤並釋放出一股能量,之後的過程類似於坍縮星模型。

    GRB 190114C的成因

    要達到GRB 190114C這種級別的能量,必須從一顆坍塌的恆星以光速的99.999%發射物質。然後,這種物質被迫透過環繞恆星的氣體,從而引發衝擊,進而產生伽馬射線爆發。科學家第一次從這個特殊的爆發中觀察到極高能的伽馬射線。

    上圖:坍縮星噴出的相對論噴流(其中一極)。

    一些地面和空間天文臺已經著手研究GRB 190114C。使用NASA/ESA哈勃太空望遠鏡為歐洲天文學家提供了觀察時間,以觀察伽馬射線爆發,研究其環境並查明這種極端輻射是如何產生的

    哈勃望遠鏡的觀察表明,這一特殊爆發是在非常密集的星系環境中發生的,就在50億光年遠的明亮星系中間。這很不尋常,這可能是它發出如此異常強大的伽馬射線暴的原因。

    天文學家使用NASA/ESA哈勃太空望遠鏡,歐洲南方天文臺的超大型望遠鏡和阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列來研究該GRB的宿主星系。哈勃的廣角相機3對研究由一對緊密相互作用的星系組成的宿主系統的環境特性是否可能有助於產生如此高能的光子有非常重要的助益。

    此次伽馬射線暴發生在一個巨大星系的銀核區域內,這個位置非常獨特。這表示比通常觀察到的伽馬射線暴的發生地點具有更緻密的環境,這可能是產生非常高能量的光子至關重要的因素。

    上圖:伽馬射線暴產生的坍縮星模型內部結構。

    總結

    對於今年年初觀測到的這一次史上最強的伽馬射線暴,科學家還沒有確切地解釋,到目前為止還沒有足夠突破性的研究結論展現給世人,我們作為吃瓜群眾還是繼續啃瓜吧。

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