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比1000万亿个太阳还要亮,伽马射线爆发继续令人惊讶

科学探索万象经验2023-05-08

1967年7月,在冷战最激烈的时候,美国为了寻找苏联核武器试验而发射的卫星中发现了一些完全意想不到的东西:维拉3号和4号卫星观测到高能光子或伽马射线的短暂闪光。后来,在1973年的一篇论文中,天文学家将十多个这样的神秘事件统称为伽马射线爆发。从那以后,我们一直试图了解这些爆发到底是什么。

在最初的发现之后,天文学家们就这些伽马射线爆发来自何处展开了争论。一些人认为,这种明亮的光源一定就在我们的太阳系附近。另一些人认为它们在我们的星系中,还有一些人认为它们在宇宙之外。理论非常多,但却缺少数据。

1997年,意大利和荷兰的一颗名为BeppoSAX的卫星证实了伽马暴是河外的,有些伽马暴来自数十亿光年之外。天文学家意识到,造成它们的事件一定是几乎不可想象的强大。当时的科学家认为,不可能从宇宙中的任何物体的爆炸中获得那么多的能量。它们的峰值亮度可能是太阳的1000万亿倍,甚至比最亮的超新星还要亮10亿倍。

伽马暴有两种形式,长和短。前者可以持续几分钟左右,据认为是由质量超过太阳20倍的恒星坍缩并爆炸为超新星造成的。后者仅持续1秒钟,是由两个合并中子星引起的,2017年发现中子星合并的引力波以及费米伽马射线太空望远镜捕获相关的伽马射线爆发可以证明这一点。

以前,研究伽马射线爆发的唯一方法是从太空观察它们,因为地球的臭氧层阻止了伽马射线到达地表。但是,一种新方法把地球大气当成了一种有效的工具。当伽马射线进入大气层时,它们会与其他粒子相撞。这些粒子被推得比空气中的光速还要快,这导致它们发出一种蓝色的光,称为切伦科夫辐射。然后科学家就可以扫描这些蓝色的光。因为我们的大气层比一个单一的望远镜有更大的收集区域,这个搜索策略让天体物理学家有更大的机会发现罕见且难以发现的最高能量的伽马射线爆发。

2018年7月,纳米比亚的一组被称为高能立体系统(HESS)的天线首次观测到这种超高能量爆发。这种辐射并非来自最初的伽马暴本身,而是来自一种叫做“余晖”的效应。在这种情况下,伽马暴的喷流与恒星变成超新星时抛出的物质发生碰撞。碰撞使粒子加速到很高的速度,产生电磁辐射,然后到达地球。

伽马暴及其余晖在我们理解宇宙中也扮演着重要的角色。超新星和中子星的合并被认为产生了宇宙中的重元素,如金和铂。

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