異常明亮的射線暴

10 月 9 日上午，多個(gè) X 射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了一個(gè)異常明亮且持久的高能輻射脈沖信號(hào)。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(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)那部分天空，想要更多地了解這場(chǎng)不同凡響的大爆發(fā)。

編號(hào)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(qiáng)大的信號(hào)源自一個(gè)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(yuǎn)的地方。這很可能是迄今為止觀測(cè)到的威力最大的一次伽馬射線暴。天文學(xué)家認(rèn)為，它很可能源自于一個(gè)新誕生的黑洞。

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

長(zhǎng)暴與短暴

伽馬射線暴是發(fā)生在遙遠(yuǎn)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(diǎn)時(shí)，就會(huì)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(qiáng)烈的射線暴在一秒鐘內(nèi)所釋放的能量可與太陽(yáng)一生所釋放的能量相媲美。

伽馬射線暴分為兩類，持續(xù)時(shí)間從幾毫秒到幾小時(shí)不等。持續(xù) 2 秒以上的長(zhǎng)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(rèn)為，長(zhǎng)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(shí)間不到 2 秒的伽馬暴被認(rèn)為是短暴，通常來(lái)自很少有恒星形成的區(qū)域。天文學(xué)家認(rèn)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(gè)黑洞并合形成一個(gè)千新星的結(jié)果。這一假設(shè)在 2017 年得到了證實(shí)，當(dāng)時(shí)，LIGO 合作組捕捉到了兩顆中子星并合時(shí)發(fā)出的引力波信號(hào)，同時(shí)還有一個(gè)與千新星有關(guān)的強(qiáng)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(zhǎng)暴，它很可能代表著一顆新黑洞的誕生。當(dāng)黑洞形成時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)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(guò)前身星的殘骸，在流入太空時(shí)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(shí)，就能以明亮的 X 射線和伽馬射線閃光的形式被探測(cè)到。

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

費(fèi)米 γ 射線空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)以 GRB 221009A 為中心的天空進(jìn)行了超過(guò) 10 個(gè)小時(shí)的觀測(cè)。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(hào)越強(qiáng)。（圖 /NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration）

除了距離近之外，GRB 221009A 也是有記錄以來(lái)的能量最高、最明亮的伽馬射線暴。費(fèi)米 γ 射線空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)這次伽馬射線暴進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá) 10 多個(gè)小時(shí)的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常長(zhǎng)的 GRB 221009A 的余輝在所有波長(zhǎng)上都打破了記錄。下一個(gè)如此高能的伽馬射線暴可能在幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)都難以出現(xiàn)。

解決基本大問(wèn)題

值得注意的是，有報(bào)告稱，GRB 221009A 事件的高能輻射干擾了地球電離層，影響了長(zhǎng)波無(wú)線電傳輸。尋找高能光子的探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了能量高于任何大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所能產(chǎn)生的任何粒子。中國(guó)的高海拔宇宙線觀測(cè)站（LHAASO）也對(duì)這一事件進(jìn)行了探測(cè)。LHAASO 能觀測(cè)到大量高能光子，最高能量可達(dá)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(duì)物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)理解，在歷經(jīng) 24 億光年的距離后仍然能夠存活下來(lái)的。

此外，得益于 GRB 221009A 離我們相對(duì)較近，讓我們能夠探測(cè)到如此高能和如此長(zhǎng)的射線暴。這意味著，通過(guò)分析 GRB 221009A，天文學(xué)家或許能獲悉許多在過(guò)去無(wú)法看清的細(xì)節(jié)，為解決像黑洞的形成或暗物質(zhì)模型的測(cè)試等基本問(wèn)題帶來(lái)新的線索和見(jiàn)解。