異常明亮的射線暴

10 月 9 日上午，多個 X 射線和伽馬射線望遠鏡探測到了一個異常明亮且持久的高能輻射脈沖信號。這一現(xiàn)象吸引了世界各地天文學(xué)家的注意，他們紛紛將望遠鏡對準那部分天空，想要更多地了解這場不同凡響的大爆發(fā)。

編號為 GRB 221009A 的伽馬射線暴源自于天箭座方向的天空。 ( 圖 /International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/B. O'Connor ( UMD/GWU ) & J. Rastinejad & W Fong ( Northwestern Univ ) )

這一強大的信號源自一個伽馬射線暴。天文學(xué)家將其命名為 GRB 221009A，發(fā)生在天箭座方向距離地球約 24 億光年之遠的地方。這很可能是迄今為止觀測到的威力最大的一次伽馬射線暴。天文學(xué)家認為，它很可能源自于一個新誕生的黑洞。

盡管后續(xù)觀測仍在進行，但天文學(xué)家已經(jīng)在發(fā)現(xiàn)之后的第一時間將其發(fā)表在了《天文學(xué)家電報》上。

長暴與短暴

伽馬射線暴是發(fā)生在遙遠星系中的高能暴發(fā)。在宇宙中，當(dāng)大質(zhì)量恒星走向生命的終點時，就會經(jīng)歷這樣一次異常劇烈的爆炸。爆炸釋放出巨大的能量，成為宇宙中最璀璨明亮的煙火。這種強烈的射線暴在一秒鐘內(nèi)所釋放的能量可與太陽一生所釋放的能量相媲美。

伽馬射線暴分為兩類，持續(xù)時間從幾毫秒到幾小時不等。持續(xù) 2 秒以上的長暴，它們通常伴有明亮的余輝，往往與有快速的恒星形成的星系有關(guān)。天文學(xué)家認為，長暴與大質(zhì)量恒星坍縮形成中子星或黑洞有關(guān)。

持續(xù)時間不到 2 秒的伽馬暴被認為是短暴，通常來自很少有恒星形成的區(qū)域。天文學(xué)家認為，短暴可能是兩顆中子星并合的結(jié)果，或者一顆中子星與一個黑洞并合形成一個千新星的結(jié)果。這一假設(shè)在 2017 年得到了證實，當(dāng)時，LIGO 合作組捕捉到了兩顆中子星并合時發(fā)出的引力波信號，同時還有一個與千新星有關(guān)的強大的伽馬射線暴事件。

正在誕生的黑洞

新發(fā)現(xiàn)的GRB 221009A 屬于長暴，它很可能代表著一顆新黑洞的誕生。當(dāng)黑洞形成時，會驅(qū)動強大的粒子噴流。這些粒子噴流被加速到接近光速的速度，然后穿過前身星的殘骸，在流入太空時發(fā)射出 X 射線和伽馬射線。當(dāng)這些噴流的方向大致指向地球時，就能以明亮的 X 射線和伽馬射線閃光的形式被探測到。

自 20 世紀 90 年代以來，天文學(xué)家已經(jīng)探測到數(shù)以千計的伽馬射線暴，而 GRB 221009A 是其中最為獨特的一個。與那些典型的伽馬射線暴相比，距地球約 24 億光年之遠的 GRB 221009A 要比其他伽馬射線暴近得多。

費米 γ 射線空間望遠鏡對以 GRB 221009A 為中心的天空進行了超過 10 個小時的觀測。每一幀顯示的是能量大于 100MeV 的伽馬射線，顏色越亮表示伽馬射線信號越強。（圖 /NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration）

除了距離近之外，GRB 221009A 也是有記錄以來的能量最高、最明亮的伽馬射線暴。費米 γ 射線空間望遠鏡對這次伽馬射線暴進行了長達 10 多個小時的探測，發(fā)現(xiàn)異常長的 GRB 221009A 的余輝在所有波長上都打破了記錄。下一個如此高能的伽馬射線暴可能在幾十年甚至幾個世紀內(nèi)都難以出現(xiàn)。

解決基本大問題

值得注意的是，有報告稱，GRB 221009A 事件的高能輻射干擾了地球電離層，影響了長波無線電傳輸。尋找高能光子的探測器發(fā)現(xiàn)了能量高于任何大型強子對撞機所能產(chǎn)生的任何粒子。中國的高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）也對這一事件進行了探測。LHAASO 能觀測到大量高能光子，最高能量可達到 18 TeV（太電子伏特），它將有助于我們理解，這些高能粒子是如何打破我們對物理學(xué)的標準理解，在歷經(jīng) 24 億光年的距離后仍然能夠存活下來的。

此外，得益于 GRB 221009A 離我們相對較近，讓我們能夠探測到如此高能和如此長的射線暴。這意味著，通過分析 GRB 221009A，天文學(xué)家或許能獲悉許多在過去無法看清的細節(jié)，為解決像黑洞的形成或暗物質(zhì)模型的測試等基本問題帶來新的線索和見解。