伽马射线爆发可能代表有记录以来最强大的宇宙爆炸

天文学家对“有史以来最亮的”伽马射线爆发感到震惊,他们认为这可能是自大爆炸以来最强大的太空爆炸。

斯威夫特天文台如何看到伽马射线爆发 GRB221009A,这可能是天文学家所见过的此类发射中能量最高的一次。 (图片来源:NASA/Swift/A. Beardmore(莱斯特大学))
斯威夫特天文台如何看到伽马射线爆发 GRB221009A,这可能是天文学家所见过的此类发射中能量最高的一次。 (图片来源:NASA/Swift/A. Beardmore(莱斯特大学))

天文学家发现了一股明亮的高能光,这可能是迄今为止探测到的最强大的宇宙爆炸。

被称为伽马射线爆发 (GRB) 的高能发射——自大爆炸以来在我们的宇宙中看到的最强大的爆炸类型——可能代表着一颗垂死的恒星坍缩成黑洞的那一刻,引发了巨大的超新星爆炸,天文学家说。

令人难以置信的爆炸,官方称为 GRB 221009A,于 10 月 9 日首次被伽马射线和 X 射线望远镜发现,包括美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜和 Neil Gehrels Swift 天文台。最初的探测将天文学家团队派往世界争先恐后地观察宇宙爆炸的后果,在接下来的几天里又进行了几次探测。从那以后,天文学家给这个爆发起了一个亲切的绰号“B.O.A.T” —— 代表有史以来最聪明的人。 GRB 221009A 被认为比其他高能 GRB 亮至少 10 倍,西北大学博士生Jillian Rastinejad,他的团队在 10 月 14 日发现了爆发,他说。

“从这个 GRB 中检测到光子,其能量比大型强子对撞机 (LHC) 产生的能量还多,”Rastinejad 说,他指的是 CERN 的大型地下粒子加速器。她补充说,虽然大型强子对撞机可以产生高达 13 太电子伏 (TeV) 或 13 万亿电子伏的能量,但 GRB 221009A 产生的光子能量至少为 18 TeV,甚至可能更高。

“GRB221009A 是由多颗卫星发现的,它非常明亮,以至于它多次‘触发’了 Swift [NASA 的伽马射线探测卫星] —— 通常 GRB 只会触发一次,”西北天体物理学家 Wen-fai Fong和 Rastinejad 的博士学位。顾问,说。 “最初,我们怀疑它是我们银河系中的一个短暂的[GRBs所属的排放族]。然而,社区能够获得距离测量结果并意识到它是河外的,社区意识到它是一个非常明亮的GRB。这是事情变得非常令人兴奋的时候。

轰轰烈烈地出门

GRB 221009A 位于距离地球 24 亿光年的人马座方向,被认为是一颗大质量恒星达到其生命尽头并成为超新星的结果。

像这样的 GRB 通常与恒星坍缩有关—— 当一颗大质量恒星耗尽核聚变燃料并且无法再支持自身抵抗引力坍缩时,就会发生这种过程。 这个过程还引发了大规模的宇宙爆炸 —— 超新星。

这种猛烈而强大的爆炸会留下一颗中子星——一个坍缩的恒星核心,它的质量大约相当于一个太阳的质量,形成一个不比城市宽的球——甚至是一个黑洞。 然而,目前,科学家们尚未确认 GRB 221009A 的起源。

伽马射线爆发 GRB221009A 的图像,这可能是天文学家见过的最强大的宇宙爆炸。 (图片来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/B. O'Connor (UMD/GWU) & J. Rastinejad & W. Fong(西北大学))
伽马射线爆发 GRB221009A 的图像,这可能是天文学家见过的最强大的宇宙爆炸。 (图片来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/B. O’Connor (UMD/GWU) & J. Rastinejad & W. Fong(西北大学))

“根据释放的巨大能量和长时间的爆炸,GRB221009A 很可能是由一颗质量高达太阳 30 倍的大质量恒星坍缩引起的,”大学的 Brendan O’Connor 马里兰州/乔治华盛顿大学的观测天文学家领导了另一个检测 GRB 的团队,他说。 “大规模恒星爆炸的证据需要在 GRB 之后探测到一颗超新星。我们目前正在寻找这颗超新星,并使用双子座天文台寻找初步证据。”

Fong 说,参与发现 GRB 221009A 的科学家们也不确定为什么这个特殊的 GRB 如此明亮和充满活力。

未来几个月的 GRB 数据

GRB 221009A 非常明亮,它需要几个月的时间才能变得太暗而无法用望远镜看到,这意味着天文学家有时间研究它。 Rastinejad 说,业余天文学家甚至已经开始参与观测 GRB,但进一步的研究很快将不得不暂停。

“在 11 月底,GRB 221009A 将离太阳如此之近,以至于我们再也无法用我们的望远镜看到它了,”她说。 “所以我们将在 12 月和 2023 年 2 月中旬之间度过这段时期,我们不会真正知道发生了什么。这有点令人失望。”

当 GRB 221009A 从太阳的另一侧出现时,天文学界将能够继续跟踪它的余辉,以限制 GRB 的射流张角,从而掌握它的真实能量。

奥康纳认为,在未来几个月内以多种波长的光观察 GRB 221009A 可能是解开其起源秘密的关键。

“完整的数据集将需要详细的分析和解释,但现在我们很高兴能在这个百年一遇的爆炸中见证历史,”奥康纳补充道。

这并不是天文学家打算使用 GRB 221009A 破译的唯一神秘事件。更详细地观察这个 GBR 可能有助于确定宇宙中的重元素是在哪里产生的。

“理论上,最有活力的伽马暴可能是宇宙中一些重元素的诞生地,所以这个伽马暴可以作为一个前所未有的实验室来检验这一理论,”Fong 说。

该团队想看看超新星是否可以合成黄金等重元素。

因此,他们将测量由产生 GRB 221009A 的超新星爆发的物质发出的光的光谱。

化学元素吸收和发射特定波长的光,这意味着在这颗最近的超新星的光谱中寻找这些“指纹”可以揭示新合成的重元素的存在。

“GRBs是我们宇宙中最极端的爆炸,所以有什么不爱的?!”方总总结道。 “它们充满活力,在快速的时间尺度上进化,可以作为宇宙最极端过程的优秀实验室。”

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