“我們懷著敬畏之心，能夠研究它是件非常幸運(yùn)的事情”

圖 1 智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡對(duì)GRB221009A的觀測(cè)

（圖片來(lái)源：雙子星天文臺(tái)/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)

& J. Rastinejad & W. Fong (西北大學(xué))

在2022年10月9日，一束明亮的光芒掠過我們的星球，甚至使幾顆衛(wèi)星探測(cè)器暫時(shí)“失明”，所有的目光都聚焦在點(diǎn)亮天空的超強(qiáng)伽馬射線暴上。伽馬射線是宇宙中除大爆炸外已知的能量最高的爆炸類型，它的出現(xiàn)往往是黑洞誕生的跡象。

短短幾小時(shí)間，全球數(shù)以萬(wàn)計(jì)的望遠(yuǎn)鏡指向了爆炸的源頭，紛紛記錄下這載入史冊(cè)的一刻。這一事件有個(gè)綽號(hào)叫做“BOAT”（brightest of all time），官方名稱是“GRB221009A”，科學(xué)家們希望通過它闡明在可怕的黑洞中的物理學(xué)知識(shí)。馬里蘭和喬治華盛頓大學(xué)的布蘭登·奧康納表示：“這是百年一遇，甚至是千年一遇的大事記，我們驚嘆于它的出現(xiàn)，并十分慶幸自己有機(jī)會(huì)研究它。”

其實(shí)，伽馬射線并不稀奇，幾乎每天都有一束掠過地球，宇宙中出現(xiàn)的次數(shù)更加頻繁。大質(zhì)量恒星超新星爆炸中產(chǎn)生中子星，這一恒星尸骸逐漸燃盡了能量，坍塌引起的伽馬射線僅閃耀幾分之一秒。而由黑洞引起的伽馬射線能長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，它從超新星爆炸中產(chǎn)生，吞噬了母星的大量物質(zhì)，不得以巨大射流的形式噴射出來(lái)。

此次觀察到的伽馬射線暴相比以往格外突出，產(chǎn)生的光子轟擊探測(cè)器長(zhǎng)達(dá)十分鐘，攜帶的能量遠(yuǎn)高于往常觀測(cè)值。在18太電子伏特下，GRB221009A的光子能量是地球上最強(qiáng)大的粒子發(fā)生器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生光子的兩倍。伽馬射線與宇宙塵埃相互作用產(chǎn)生的爆炸余波也很不尋常，盡管伽馬射線源被銀河系的厚帶阻隔，但比之前所見的余輝都要閃耀，爆炸使地球大氣層發(fā)生電離，干擾了長(zhǎng)波無(wú)線電通信。

圖 2 智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的GRB221009A伽馬射線暴

（圖片來(lái)源：雙子星天文臺(tái)/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)

& J. Rastinejad & W. Fong (西北大學(xué))）

布蘭登·奧康納表示，2022年10月14日，伽馬射線發(fā)射五天后，我們借助智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡，追蹤到了大約30 %伽馬射線的來(lái)源，它來(lái)自于充滿灰塵的人馬座星系，也被稱作箭星系。同時(shí)也帶來(lái)了另一個(gè)驚喜，此次伽馬射線暴相比以往離地球更近。

參加測(cè)量的西北大學(xué)學(xué)生吉利安·拉斯蒂內(nèi)賈德說，該射線產(chǎn)生于大質(zhì)量恒星的坍塌，這些恒星壽命很短。它們遵循宇宙中恒星的形成歷史，所以恒星的形成越激烈，這些爆發(fā)也越多，大約是宇宙年齡的一半。然而，這次伽馬射線暴發(fā)生時(shí)間較晚，距離我們更近。

天文學(xué)家推測(cè)GRB221009A來(lái)源于地球外24億光年處，此前也觀察過更近距離的射線暴，但這次能量高顯得非常突出。“正是由于足夠耀眼，我們有充足的時(shí)間挖掘更多細(xì)節(jié)”，布蘭登·奧康納指出，“目前至少有50臺(tái)望遠(yuǎn)鏡在全波段觀測(cè)，我們能夠最大限度地利用科學(xué)技術(shù)”。

實(shí)際上射線暴僅僅維持?jǐn)?shù)分鐘，但余波影響可持續(xù)數(shù)周。此外科學(xué)家們也致力于尋找超新星引發(fā)的爆炸，它向外噴射物質(zhì)的速度更慢。布蘭登·奧康納說，我們目前的理解是大質(zhì)量恒星向內(nèi)坍縮形成黑洞，恒星的殘骸不斷被吸入，以噴流的形成從黑洞中噴射，并以接近光速運(yùn)行，形成了伽馬射線暴。同時(shí)，一部分殘骸向外反彈，以較慢的速度運(yùn)行，形成了超新星爆炸。

圖 3 最強(qiáng)伽馬射線暴引燃的宇宙塵埃環(huán)

（圖片來(lái)源：NASA/Swift/A. Beardmore （英國(guó)萊斯特大學(xué)））

最初形成的伽馬射線暴與周圍物質(zhì)作用形成余波，拉斯蒂內(nèi)賈德表示，該波長(zhǎng)橫跨電磁波范疇，在X射線和無(wú)線電波區(qū)域最適宜觀察，科學(xué)家仍致力于觀測(cè)射線余波，它首先被宇航局伽馬射線追蹤衛(wèi)星Swift拍攝到，在爆炸后幾小時(shí)在源頭周圍形成彩色環(huán)。

望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)在可以看到GRB221009A處超新星爆炸的最初跡象，拉斯蒂內(nèi)賈德指出，未來(lái)幾周爆炸現(xiàn)象將完全呈現(xiàn)在我們面前，但由于爆炸源位置受限，我們可能無(wú)法看到整個(gè)超新星爆炸消亡。它逐漸去往太陽(yáng)后方，所以持續(xù)到今年11底，我們?cè)诿髂?月才能再次觀測(cè)。

她指出，2023年宇航局詹姆斯·韋伯和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡將一同加入該項(xiàng)工作，分別貢獻(xiàn)出它們超強(qiáng)的光學(xué)和紅外探測(cè)能力。探索爆炸產(chǎn)生的能量是一個(gè)標(biāo)志性事件，對(duì)于探究其中的化學(xué)物質(zhì)亦是如此，我們對(duì)于宇宙中一些重元素的產(chǎn)生仍不清楚，研究超新星有助于我們破解謎題。

圖 4 新生黑洞形成強(qiáng)大的伽馬射線噴流

（圖片來(lái)源：NASA/ESA/M. Kornmesser)

20世紀(jì)60年代，用于窺視蘇聯(lián)核試驗(yàn)的軍用衛(wèi)星偶然發(fā)現(xiàn)了伽馬射線，幾十年間伽馬射線仍是一個(gè)謎題，直到90年代，科學(xué)家們首次意識(shí)到，隱藏在宇宙中各個(gè)角落的伽馬射線可能與恒星坍縮有關(guān)。

目前大量關(guān)于伽馬射線的理解，仍然是基于理論計(jì)算和模擬，科學(xué)家們相信此次伽馬射線暴將很好地修正之前的理論。科學(xué)家們將充分抓住這千載難逢的機(jī)會(huì)，未來(lái)幾個(gè)月將有海量的文章發(fā)表出來(lái)。

盡管能量類似的爆炸為科學(xué)研究帶來(lái)了福音，但科學(xué)家們并不希望這類大爆炸發(fā)生在地球附近，最好也不要在我們的星系中。科學(xué)家們認(rèn)為從幾千光年外射向地球的伽馬射線會(huì)破壞臭氧層，引發(fā)大氣變化最終產(chǎn)生冰河時(shí)代。事實(shí)上，一次類似的伽馬射線暴造成了地球上五大物種滅絕事件之一—約4.4億年前的奧陶紀(jì)物種大滅絕。

“幸運(yùn)的是，此次噴流產(chǎn)生的伽馬射線暴非常狹窄，只有幾度寬”，布蘭登·奧康納表示，“如果它恰好發(fā)生在我們星系，直指我們，那可就危險(xiǎn)了，不過好在這類現(xiàn)象發(fā)生的概率極低”。

補(bǔ)充解釋：① NOIRLab：National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory

國(guó)家光學(xué)紅外天文研究實(shí)驗(yàn)室

② NSF：National Science Foundation 國(guó)家科學(xué)基金會(huì)

③ AURA：Association of Universities for Research in Astronomy

大學(xué)天文研究聯(lián)合組織

④ 太電子伏特亦即兆兆電子伏特，10^12 ev

⑤ LHC：Large Hadron Collider 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

⑥ Swift：Swift Gamma-ray Burst Explorer 雨燕γ射線暴探測(cè)器

BY: Tereza Pultarova

FY: gxm

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