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想要知道黑洞的起源?伽马射线爆发向你揭示线索

腾讯太空  · 公众号  · 探索  · 2017-07-28 21:41

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2016年6月,一支国际研究小组对照亮夜空的伽玛射线爆发“GRB 160625B”进行了观测。这场极其迅猛的宇宙大爆发能够为科学家提供新线索,进一步了解濒死恒星如何变成黑洞。在7月26日出版的《自然》杂志上,研究人员详述了他们的发现。


研究论文主执笔人、马里兰州大学天文学系助理研究员埃莱奥诺拉·特罗亚表示:“伽玛射线爆发是一场极其重大的事件,与一颗质量相当于50颗太阳的恒星爆炸相关。如果依照所释放的能量对宇宙中的爆炸进行排名,伽玛射线暴仅次于“大爆炸”。短短几秒钟内,伽玛射线暴释放的能量便相当于一颗太阳大小的恒星一生释放的能量总和。”

艺术概念图,展示了一颗正在塌陷成黑洞的大质量恒星的伽玛射线爆发。爆发产生的高能喷流以接近光速运动。新研究进一步揭示了伽玛射线爆发如何形成,以及如何随时间推移而变化。


借助多架地面和太空望远镜,研究小组对此次伽玛射线暴进行观测,最后得出了两大成果。 第一个成果是优化了濒死恒星的塌陷模型。 数据显示黑洞能够形成一个强磁场,最初可压制住伽玛射线暴释放的物质喷流和能量。但随着时间推移,磁场的压制逐渐削弱。在下一阶段,磁场进一步衰减,于是喷流开始主要由物质构成。此前,科学家认为喷流要么主要是物质,要么主要是磁场,而不会两者兼备。


第二个成果是他们揭示了将要发散何种辐射与爆发开始时的明亮阶段(也就是天文学家所说的“瞬时阶段”)有关。 此前,多种辐射都在考虑之内,包括所谓的黑体辐射(热辐射)和逆康普顿辐射(被加速的粒子将能量转移给光子)。研究表明,这一瞬时阶段的背后是一种被称为“同步加速辐射”的现象。发生这种辐射时,电子会在一个有规则磁场的作用下加速,沿着曲线或者螺旋轨迹运动。


特罗亚指出:“只有同步加速辐射形成的偏振度和光谱,其结果才与我们在爆发早期阶段观测到的相同。我们的研究提供了令人信服的证据,证明瞬时伽玛暴喷射的动力是同步加速辐射。这是一项重大成就,因为尽管进行了几十年的研究,驱动伽玛暴的物理学机制一直未得到明确确认。”

2016年6月,伽玛射线爆发GRB 160625B的余晖,来自亚利桑那州大学再电离与瞬变红外照相机的观测。这场大爆发于6月26日开始,8月20日结束。


获取GRB 160625B的数据需要多架望远镜“齐上阵”并迅速展开合作。美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜率先观测到GRB 160625B,俄罗斯的地面望远镜MASTER-IAC(座落于西班牙加那利群岛的泰德天文台)迅速跟进,对其进行可见光观测。


研究小组表示,MASTER-IAC的观测结果对了解GRB 160625B磁场的演化至关重要。磁场能够影响伽玛暴放射的偏振光。此外,这架望远镜还取得一项罕见的成就——在几乎整个爆发期间,对偏振光占所放射光线总量的比例进行了测算。论文合著者亚历山大·科迪勒弗表示:“在这之前,有关伽玛暴放射偏振光的数据少得可怜。此次伽玛暴的观测是收获颇多的—— 我们捕获了其初期阶段的偏振光。


科迪勒弗是马里兰州大学副天文研究员,美国宇航局戈达德太空飞行中心的副研究员。他指出:“做到这一点并非易事,原因就在于需要极高的灵活性,而具备这种能力的望远镜并不多。论文阐述了我们能够进行哪些观测和研究,如果想继续获得同样的结果,我们需要新的快速反应设施,对伽玛暴进行观测。”


参与此项研究的其它观测设备包括:美国宇航局伽玛暴快速反应探测器(X射线和紫外线)、再电离与瞬变红外/可见光项目照相机(墨西哥下加利福尼亚州国家天文台)、美国新墨西哥州国家射电天文台甚大天线阵、澳大利亚联邦科学与工业研究机构望远镜致密阵列。

伽马射线爆发对人类的潜在威胁

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责编:钟狼将 陈田







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