強大的伽馬射線爆揭示黑洞如何形成！

太空中超強超快的爆炸為死亡的恆星變成黑洞提供新的解釋。

圖為藝術家描繪的伽馬射線爆發，一股高能的噴射從一顆巨大的恆星以光速飛向黑洞。新的研究揭示了爆炸是如何產生的, 以及它們如何隨著時間的推移而演變。圖片版權：NASA"s Goddard Space Flight Center

一個國際研究團隊研究了一個稱為GRB 160625B的伽馬射線的爆炸物，它在2016年6月在天空中「閃亮」。伽瑪射線爆發是宇宙中最強大的爆炸之一，但是通常很難跟蹤，因為它們非常短暫（有時間持續只有幾毫秒）

新研究的者馬里蘭大學天文學助理研究科學家Eleonora Troja說：伽瑪射線爆發是災難性的事件，至少是我們太陽質量50倍的巨型恆星爆炸。如果根據力量對宇宙中的所有爆炸進行排名，那麼伽馬射線爆發就在大爆炸之後（如超超新星爆炸產生的伽馬射線爆）。伽馬射線爆作為宇宙中僅次於宇宙大爆炸的爆炸、請問人類的氫彈算什麼？在一秒鐘內整個過程就可以釋放出太陽大小的恆星一生的全部能量！

使用了幾個地基和太空望遠鏡觀察結果產生了兩個重要的發現。第一是有了更好的模型，死亡的恆星星崩潰會發生什麼？數據表明，黑洞創造了一個強大的磁場，並在最初淹沒了由於爆炸而形成的物質和能量的噴流（最後磁場分解消失）。在下一階段磁場減弱，允許物質控制噴射流，之前科學家認為噴射流只能由磁場或物質來控制，而不是兩者兼而有之。

另一個是涉及什麼樣的輻射負責爆發開始時的明亮階段？天文學家稱之為「迅速」階段。之前考慮了幾種類型的輻射，包括所謂的黑體輻射（來自物體的熱量）和反向康普頓輻射（當加速的顆粒將能量轉移到光子時發生）。

事實證明：稱為同步加速器輻射的現象晚於提前階段。這種輻射時會發射電子由一個磁場推動沿著加速以彎曲或螺旋形通道。同步輻射是唯一可以產生同樣程度的極化的排放機制，以及我們早期在爆發中觀察到的相同光譜。

播放GIF

圖為GRB 160625B的褪色餘輝，即2016年6月記錄的伽馬射線爆發。圖片版權：Nathaniel Butler / ASU

研究人員補充說: 我們的研究提供了令人信服的證據，揭示了伽瑪射線爆發發射是由同步輻射驅動的，這是一項重要的成就，因為儘管進行了數十年的研究調查，但仍未明確確定推動伽瑪射線爆發的物理機制。

收集關於GRB 160625B的信息需要許多望遠鏡才能快速。美國宇航局的費米伽瑪射線太空望遠鏡首次觀測發生爆炸事件，位於西班牙加那利群島泰德天文台的地面俄羅斯MASTER-IAC望遠鏡很快就加入了光學觀測。

研究團隊表示：MASTER-IAC的觀察結果對於理解GRB 160625B磁場的演變至關重要。磁場可以影響從突發發出的偏振光（在單個平面中振動的光波）。在罕見的現象中，望遠鏡幾乎測量了整個爆炸通過偏振光與總光的比例。

研究者亞歷山大·科特雷夫（Alexander Kutyrev）說，伽馬射線爆發的極化輻射數據很少，這種突發是獨一無二的，因為我們在早期捕獲了極化狀態。

異常明亮的伽馬射線爆發產生了幾乎以光速飛行的噴射流。圖片版權：NASA / Swift / Cruz deWilde

這很難做，因為它需要非常快的反應時間，而且有相對較少的具有這種能力的望遠鏡！Kutyrev補充說：望遠鏡決定了我們可以做多少事情，但為了得到這樣的結果，我們將需要新的快速響應望遠鏡來觀察伽馬射線爆發。

其他參與的望遠鏡包括美國航空航天局的Swift伽瑪射線爆破任務（X射線和紫外線），多機構Reionization和瞬態紅外/光學項目相機（在墨西哥下加利福尼亞州下加利福尼亞國家天文台），國家射電天文台的超大陣列在新墨西哥州和英聯邦科學工業研究組織的澳大利亞望遠鏡緊湊陣列。（相關研究於7月26日發表在《自然》期刊上）

費米大口徑望遠鏡從活躍星系半人馬座A周圍的擴展區域觀測到高能γ射線。發射對應於星系超大黑洞所拋出的百萬光年無線電發射氣體。這個插圖顯示了費米在一年天空圖上星系的光學/伽馬射線複合物及其位置。圖片版權：NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, Capella Observatory

原作者：Elizabeth Howell

編譯：中子星，審校：博科園

推薦閱讀：