科学家解开伽马射线爆发的秘密——宇宙的最强大的爆炸
2024-05-01 10:11阅读：
科学家解开伽马射线爆发的秘密——宇宙的最强大的爆炸
By Robert Lea
published 30 minutes ago
The
Universe
“它们允许我们看回到恒星存在的最早时期。”
从来看到的发射最强伽马射线爆发的一颗超新星的描画。(Image
credit: Aaron M. Geller / Northwestern / CIERA / IT Research
Computing and Data Services.)
科学家们可能离发现伽马射线暴如何成为已知宇宙中最强大的爆炸又一步更近。
就上下文而言，一次伽马射线暴（GRB）能在几秒钟内产生比太阳在数十亿年内辐射的能量还要多的能量。因为这种力量，科学家们理论化伽马射线暴被宇宙中一些最暴力的事件创造。这包括标志着大质量恒星死亡的超新星爆炸、两颗中子星的碰撞和
合并这是由我们知道的最高密度的物质组成的“死亡”恒星以及来自婴儿黑洞的爆发。
然而，这些爆炸的各个方面仍然笼罩在秘密中，包括发射一个伽马射线暴的确切机制以及究竟是什么造成一个持续2秒以上的“长”
伽马射线暴对一个持续时间更短的“短” 伽马射线暴。
例如，阿拉巴马大学亨茨维尔分校的一个科学家团队一直在研究伽马射线暴的光遗漏以及它们如何随着时间变化来更好建模这些喷发并最终破解它们的秘密。
团队负责人、阿拉巴马大学亨茨维尔分校的科学家哈吉拉（Jon
Hakkila）在一份声明中说，“尽管被研究了50多年，但由伽马射线暴产生光的机制仍然是未知的，这是现代天体物理学的一大秘密，了解伽马射线暴帮助我们了解大自然使用的一些最快速、最强大的光产生机制”。
“伽马射线暴是如此明亮，它们能被在宇宙的宽度中看到，而且——因为光以一个有限的速度旅行——它们允许我们来看回恒星存在的最早时期”
。
照亮一个伽马射线暴
伽马射线暴已经仍然难以理解的主要原因之一是描述它们的理论模型一直不能够解释它们的光曲线的行为，光曲线是显示一个天体的光强如何随时间变化的曲线图。
使情况更加复杂的是没有两条伽马射线暴光曲线是完全相同的，爆发的持续时间能从几毫秒持续到几十分钟。
哈吉拉及其同事将伽马射线暴建模为一系列高能脉冲，考虑这些脉冲为伽马射线暴发射的基本单位。哈吉拉说，“它们指示当一个伽马射线暴变亮并随后消失掉的时间。在一个伽马射线暴脉冲发射期间，它经历有时能在很短的时间内发生的亮度变化，关于这些变体的奇怪的事情是它们以像‘旋转器’或‘皮划艇’等[回文]单词一样的形式是可逆的”
。
这位科学家补充说，很难理解这种可逆性如何能是这种情况，因为与单词中的字母不同，时间只能从一个方向读取。
他说：“一个伽马射线暴脉冲中产生光的机制不知怎的产生一个亮度模式，然后以相反的顺序产生相同的模式。这相当诡异的，这让伽马射线暴独一无二的”
。
超大质量黑洞发出相对论性喷流，被一个伽马射线爆发伴随。
(Image credit: NASA's Goddard Space Flight
Center)
该团队集中在当一个黑洞（最近由一颗大质量恒星死亡形成）以近光或“相对论”速度爆炸出粒子喷流时产生的伽马射线暴模型上。
哈基拉解释道，“在这些模型中，一颗垂死的大质量恒星的核坍塌来形成一个黑洞，落入黑洞的物质被撕裂开并沿着两个相反的光束或喷流朝外重定向，指向我们方向的喷流物质几乎以光速被向外甩”。
“因为伽马射线暴是相对短寿的，人们一直假定在整个事件中喷流一直指向我们。但时间逆反的脉冲特征一直很难来解释，如果它们源自一个不运动的喷流”
。
为解释伽马射线暴光曲线的回文一样性质，该团队对从婴儿黑洞喷出的相对论喷流添加对边运动或侧向运动。
哈吉拉继续说道，“横向移动喷流的想法提供一个简单的解决方案，通过它时间逆反的伽马射线暴脉冲结构能被解释。随喷流穿过视线一个观察者将首先看到被喷流一侧产生的光，然后是喷流中心，最后是喷流的另一侧”。
“随喷流中心穿过视线喷流会变亮然后变暗。随喷流变的更暗围绕喷流核的径向对称结构将被看到以相反的顺序”
。
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哈基拉补充道，在这个“伽马射线暴的弹道模型”中，来自黑洞的相对论性喷流以一种类似于消防水管喷水的方式喷射材料。他说，由于喷流像流体而不是固体一样行为，观察者会看到整个喷流是弯曲的而不是直的。
他总结道，“喷嘴的运动造成来自喷流不同部分的光在不同的时间到达我们，这能被用来更好理解喷流产生光的机制以及研究狭义相对论效应的实验室”。
该团队的研究于4月22日发表在
The Astrophysical
Journal上.
