<p>去年10月，隨著天空中觀測到的最明亮的伽馬射線閃光之一，世界各地的望遠(yuǎn)鏡從一場被認(rèn)為預(yù)示著大質(zhì)量恒星崩潰和黑洞誕生的事件中捕捉到了大量數(shù)據(jù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但這些數(shù)據(jù)清楚地表明，我們對恒星如何坍縮并產(chǎn)生巨大的流出物質(zhì)噴流，伴隨著強(qiáng)大的x射線和伽馬射線爆炸&mdash;&mdash;可能還有大量重元素&mdash;&mdash;的理解是嚴(yán)重不足的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)和物理學(xué)副教授Raffaella Margutti說:&ldquo;這些數(shù)據(jù)非常好，基本上，模型失敗了&mdash;&mdash;嚴(yán)重失敗。&rdquo;&ldquo;這是有道理的，因為模型不是很復(fù)雜。大自然在說，&lsquo;好吧，你所看到的可能是一個流出物，它的成分比你想象的要多得多。&rsquo;&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>今天，在夏威夷威科洛亞舉行的美國天文學(xué)會高能天體物理部會議上，通過射電、光學(xué)、x射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的多組</p> <p>觀測的細(xì)節(jié)得到了介紹，并在《天體物理學(xué)雜志快報》上發(fā)表了論文。</p> <p>&nbsp;</p> <p>2022年10月9日，美國宇航局的兩顆衛(wèi)星探測到伽馬射線爆發(fā)后，馬古蒂是動員世界各地天文臺的天文學(xué)家之一。它被稱為GRB 221009A，持續(xù)了300多秒，標(biāo)志著它是一次&ldquo;長時間&rdquo;伽馬射線爆發(fā)(GRB)，并將其與一顆大質(zhì)量恒星的核心坍縮成黑洞有關(guān)&mdash;&mdash;這個黑洞距離地球約19億光年。核心坍縮被認(rèn)為是將物質(zhì)以接近光速的高度準(zhǔn)直噴流推向恒星的兩極。如果地球在噴流的路徑上，我們就會看到伽馬射線的爆發(fā)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>猶他大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)助理教授坦莫伊&middot;拉斯卡爾說:&ldquo;當(dāng)噴流撞擊垂死恒星周圍的氣體時，整個光譜都產(chǎn)生了明亮的余輝。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>他是這項研究的主要作者，該研究被ApJ Letters接受。&ldquo;grb的余輝消退得非常快，這意味著我們必須在它消失之前迅速而靈活地捕捉到光線，帶走它的秘密。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>多信使天文學(xué)<img src="https://news.berkeley.edu/wp-content/uploads/2023/03/GRB_Shell_Final_750px.jpg" alt="exploding star plows through gas and dust to produce lots of light" width="750" height="422" />&nbsp;<br />Margutti、Laskar和同事們迅速啟動了NASA核星衛(wèi)星上的觀測項目，以及在一系列其他設(shè)施上的觀測，包括印度的巨型米波射電望遠(yuǎn)鏡(GMRT)、南非的MeerKAT陣列、美國新墨西哥州的美國國家科學(xué)基金會的Karl G. Jansky甚大陣列(VLA)、智利的阿塔卡馬大型毫米陣列(ALMA)和夏威夷的亞毫米陣列(SMA)。研究人員收集到的多波長觀測現(xiàn)在構(gòu)成了迄今為止GRB余輝最詳細(xì)的數(shù)據(jù)集之一。雖然他們認(rèn)為這次爆炸與一顆大質(zhì)量恒星的爆炸有關(guān)，但他們還沒有發(fā)現(xiàn)超新星發(fā)出光的證據(jù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>爆炸的恒星穿過氣體和塵埃產(chǎn)生大量的光</p> <p>&nbsp;</p> <p>伽馬射線爆發(fā)被認(rèn)為是大質(zhì)量恒星坍縮成黑洞(左)時的結(jié)果，沿其兩極向外噴射高速物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)撞向恒星周圍的塵埃和氣體時，新生黑洞附近的熱電離氣體(等離子體)在光譜上發(fā)出輻射，在射流內(nèi)快速移動的氣體殼之間的碰撞(內(nèi)部激波)，以及在射流的前緣掃向并與周圍環(huán)境相互作用時(外部激波)。這種余輝可以持續(xù)數(shù)月或數(shù)年。地球上和太空中的望遠(yuǎn)鏡探測到來自GRB 221009A的許多不同波長的光，從而可以對該事件進(jìn)行詳細(xì)分析。(圖片來源:美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心)</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過核星的觀測，研究人員以極高的精度測量了x射線光譜的形狀，從而可以估計出粒子是如何被爆炸的沖擊波加速的，以及粒子是如何圍繞爆炸攪動的磁場旋轉(zhuǎn)的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>馬古蒂說:&ldquo;核星的觀測對這項研究至關(guān)重要，因為它們幫助我們確定了余輝中的磁場強(qiáng)度。&rdquo;了解磁場強(qiáng)度是很重要的，因為沒有它，爆炸的真實(shí)能量就不容易估計出來。</p> <p>&nbsp;</p> <p>從他們的分析中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，噴射的能量是大多數(shù)GRB的典型特征，盡管從地球上看，它比以前的GRB要亮70倍左右。</p> <p>&nbsp;</p> <p>亞利桑那大學(xué)天文學(xué)助理教授、該研究的合著者凱特&middot;亞歷山大(Kate Alexander)說:&ldquo;我們認(rèn)為，使GRB變亮的原因，不僅僅是能量很高，而是能量被引導(dǎo)到的角度特別窄。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在分析和結(jié)合所有這些望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)后，他們發(fā)現(xiàn)，基于x射線和可見光的射電測量比預(yù)期的要亮。這并不符合反向激波的特征&mdash;&mdash;一種假設(shè)的情況，激波通過射流向后傳播并產(chǎn)生無線電發(fā)射&mdash;&mdash;但表明當(dāng)射流穿過坍縮恒星周圍的物質(zhì)時，發(fā)生了更復(fù)雜的事情。</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉斯卡爾說:&ldquo;要么我們不了解反向沖擊，要么我們發(fā)現(xiàn)了一種全新的排放成分。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們認(rèn)為仍然有一個非?？焖僖苿拥纳淞髟谟噍x中產(chǎn)生x射線和可見光，&rdquo;Margutti補(bǔ)充說。&ldquo;但我們的模型表明，完全是其他東西在創(chuàng)造射電光。&rdquo;<img src="https://news.berkeley.edu/wp-content/uploads/2023/03/GRB_WFC3IR_mstr_crop_FINAL_circled_750px.jpg" alt="a field of stars with the source of the GRB circled" width="750" height="500" />&nbsp;</p> <p>例如，對碰撞中子星噴射流的觀察表明，噴射流伴隨著狹窄的噴射核周圍的湍流，從遠(yuǎn)處看就像一層物質(zhì)鞘。</p> <p><br />馬古蒂說:&ldquo;我們知道，由中子星合并發(fā)射的射流在一個非常狹窄的核心周圍形成了不那么準(zhǔn)直的材料翅膀。&rdquo;&ldquo;很自然地，類似的效應(yīng)會發(fā)生在必須穿透大量物質(zhì)的噴流上&mdash;&mdash;例如，像GRB 221009A這樣的大質(zhì)量恒星。所以，我們確實(shí)預(yù)計會有一個非常狹窄的核心，主導(dǎo)高能發(fā)射，被一層物質(zhì)包圍。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>拉斯卡爾說，無論原因是什么，這些數(shù)據(jù)意味著幾十年前的GRB噴流理論需要重新審視。</p> <p>&nbsp;</p> <p>馬古蒂強(qiáng)調(diào)，這次恒星坍縮還有更多要告訴天文學(xué)家的。余輝仍然可以探測到，而且可能會持續(xù)數(shù)年。她和同事們正計劃用詹姆斯&middot;韋伯太空望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和許多地面望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，以跟蹤GRB 221009A發(fā)出的光線變化。在某種程度上，當(dāng)恒星爆炸產(chǎn)生的噴流距離黑洞足夠遠(yuǎn)，可以被觀測到時，他們希望使用無線電干涉儀(例如橫跨半球的甚長基線陣列)來獲得噴流的照片。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>