新黑洞的“出生哭声”——迄今观测到的最亮伽马射线暴继续困扰着天文学家

莫心海


【正见网2023年04月05日】

据当代科技前沿网站(ars Technica)3月30日报导,2022 年 10 月 9 日上午,多个太空探测器探测到一次强大的伽马射线暴 (GRB) 穿过我们的太阳系,让世界各地的天文学家争先恐后地将他们的望远镜对准那片天空,以收集有关事件及其后续的重要数据。这次伽马射线爆发被称为 GRB 221009A,被认为可能是新黑洞的“出生哭声”,是迄今为止记录到的最强大的一次伽马射线爆发。这就是为什么天文学家将它昵称为“BOAT”(Brightest Of All Time),即有史以来最亮的。

哈勃太空望远镜的广角相机 3 揭示了GRB221009A 及其宿主星系的红外余辉

该事件迅速发表在天文学家的电报(天文学家用于通报最新天文事件的网站)中,我们现在在《天体物理学杂志快报》特刊上发表的几篇新论文中获得了后续观测的新数据。调查结果证实 GRB 221009A 确实是 BOAT,由于其狭窄的射流直接指向地球而显得特别明亮。 “这可能是自人类文明开始以来袭击地球的最明亮的事件,”路易斯安那州立大学的天文学家埃里克.伯恩斯(Eric Burns)告诉新科学家网站。 “这次爆发的能量如此之大,就算是整个太阳全部转化为纯粹的能量,也比不上这次爆发的能量大。简直没有可比性。”

但接下来的各种分析也产生了一些令天文学家困惑的结果,并可能导致对当前的伽马射线暴模型的重大修正。例如,一颗超新星本应在爆发后几周发生,但天文学家尚未探测到。来自余辉观测的无线电数据也与现有模型的预测不符。

伽马射线暴是遥远星系中能量极高的爆炸,持续时间从几毫秒到几小时不等。有两类伽马射线暴。大多数 (70%) 是持续两秒以上的长爆发,通常带有明亮的余辉。这些通常与恒星快速形成的星系有关。

那些持续不到两秒(约 30%)的伽马射线爆发被认为是短爆发,通常从恒星形成非常少的区域发射。天文学家认为这些伽马射线暴是两颗中子星合并的结果,或者一颗中子星与黑洞合并的结果,构成了一颗“千新星(Kilonova)”。

2022 年 10 月的伽马射线暴属于长类,持续时间超过 300 秒。 GRB 221009A 触发了 NASA 的费米伽马射线太空望远镜、雨燕(Swift)天文台和 太阳风(Wind) 航天器等的探测器。强大的信号来自射手座,距离地球 19 亿光年。

在 GRB 221009A 首次被发现后,Swift天文台和其他机构继续在 11 月底每天和 12 月每隔一天观察一次爆发,直到地球转到了爆发的被太阳挡住位置。(Swift在 2 月恢复了每周定期观察。)各种天文台收集了跨越电磁波谱的数据——从无线电到伽马射线体系——以尽可能多地了解该事件。

无线电波数据显示 GRB 221009A 比之前观测到的任何伽马射线暴都要亮 70 倍,因此它确实是 BOAT(到目前为止)——可能是万年一遇的事件。爆发的总能量对于伽马射线暴来说并不是特别大,但发射能量的射流异常狭窄——并且直指地球,这使得 GRB 221009A 看起来特别明亮。

但天文学家尚未发现相关超新星的证据,这可能是因为那部分天空中厚厚的尘埃云(仅比我们银河系平面高几度)使入射光变暗。

虽然伽马射线暴通常在几秒钟内就结束了,但它们会在整个光谱范围内留下余辉辐射,这些余辉辐射持续数月甚至数年,而后续各种光谱的观测数据为天文学家提供了难得的机会来详细探索余辉的演变。他们惊讶地发现,无线电数据显示爆发产生的射流随着时间的推移平稳且相当缓慢的演变,这与现有模型的预测相矛盾。

“25年来与其它观测吻合很好的余辉模型无法完全解释这种射流,”位于图森市的亚利桑那大学天文学家凯特.亚历山大(Kate Alexander)说。 “这个 [新的无线电成分] 可能表明射流内部有额外的结构,或者表明需要修改我们关于伽马射线暴射流如何与周围环境相互作用的模型。”

参考资料:

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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