最強伽馬射線暴，將會揭秘哪些超新星謎題？
“我們懷着敬畏之心，能夠研究它是件非常幸運的事情”
圖 1 智利的雙子座南望遠鏡對GRB221009A的觀測
（圖片來源：雙子星天文臺/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)
& J. Rastinejad & W. Fong (西北大學)）
在2022年10月9日，一束明亮的光芒掠過我們的星球，甚至使幾顆衛星探測器暫時“失明”，所有的目光都聚焦在點亮天空的超強伽馬射線暴上。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，它的出現往往是黑洞誕生的跡象。
短短几小時間，全球數以萬計的望遠鏡指向了爆炸的源頭，紛紛記錄下這載入史冊的一刻。這一事件有個綽號叫做“BOAT”（brightest of all time），官方名稱是“GRB221009A”，科學家們希望通過它闡明在可怕的黑洞中的物理學知識。馬里蘭和喬治華盛頓大學的布蘭登·奧康納表示：“這是百年一遇，甚至是千年一遇的大事記，我們驚歎於它的出現，並十分慶幸自己有機會研究它。”
其實，伽馬射線並不稀奇，幾乎每天都有一束掠過地球，宇宙中出現的次數更加頻繁。大質量恆星超新星爆炸中產生中子星，這一恆星屍骸逐漸燃盡了能量，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達幾分鐘，它從超新星爆炸中產生，吞噬了母星的大量物質，不得以巨大射流的形式噴射出來。
此次觀察到的伽馬射線暴相比以往格外突出，產生的光子轟擊探測器長達十分鐘，攜帶的能量遠高於往常觀測值。在18太電子伏特下，GRB221009A的光子能量是地球上最強大的粒子發生器——大型強子對撞機產生光子的兩倍。伽馬射線與宇宙塵埃相互作用產生的爆炸餘波也很不尋常，儘管伽馬射線源被銀河系的厚帶阻隔，但比之前所見的餘輝都要閃耀，爆炸使地球大氣層發生電離，干擾了長波無線電通信。
圖 2 智利的雙子座南望遠鏡觀測到的GRB221009A伽馬射線暴
（圖片來源：雙子星天文臺/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)
& J. Rastinejad & W. Fong (西北大學)）
布蘭登·奧康納表示，2022年10月14日，伽馬射線發射五天後，我們藉助智利的雙子座南望遠鏡，追蹤到了大約30 %伽馬射線的來源，它來自於充滿灰塵的人馬座星系，也被稱作箭星系。同時也帶來了另一個驚喜，此次伽馬射線暴相比以往離地球更近。
參加測量的西北大學學生吉利安·拉斯蒂內賈德說，該射線產生於大質量恆星的坍塌，這些恆星壽命很短。它們遵循宇宙中恆星的形成歷史，所以恆星的形成越激烈，這些爆發也越多，大約是宇宙年齡的一半。然而，這次伽馬射線暴發生時間較晚，距離我們更近。
天文學家推測GRB221009A來源於地球外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。“正是由於足夠耀眼，我們有充足的時間挖掘更多細節”，布蘭登·奧康納指出，“目前至少有50臺望遠鏡在全波段觀測，我們能夠最大限度地利用科學技術”。
實際上射線暴僅僅維持數分鐘，但餘波影響可持續數週。此外科學家們也致力於尋找超新星引發的爆炸，它向外噴射物質的速度更慢。布蘭登·奧康納說，我們目前的理解是大質量恆星向內坍縮形成黑洞，恆星的殘骸不斷被吸入，以噴流的形成從黑洞中噴射，並以接近光速運行，形成了伽馬射線暴。同時，一部分殘骸向外反彈，以較慢的速度運行，形成了超新星爆炸。
圖 3 最強伽馬射線暴引燃的宇宙塵埃環
（圖片來源：NASA/Swift/A. Beardmore （英國萊斯特大學））
最初形成的伽馬射線暴與周圍物質作用形成餘波，拉斯蒂內賈德表示，該波長橫跨電磁波範疇，在X射線和無線電波區域最適宜觀察，科學家仍致力於觀測射線餘波，它首先被美國宇航局伽馬射線追蹤衛星Swift拍攝到，在爆炸後幾小時在源頭周圍形成彩色環。
望遠鏡現在可以看到GRB221009A處超新星爆炸的最初跡象，拉斯蒂內賈德指出，未來幾周爆炸現象將完全呈現在我們面前，但由於爆炸源位置受限，我們可能無法看到整個超新星爆炸消亡。它逐漸去往太陽後方，所以持續到今年11底，我們在明年2月才能再次觀測。
她指出，2023年美國宇航局詹姆斯·韋伯和哈勃太空望遠鏡將一同加入該項工作，分別貢獻出它們超強的光學和紅外探測能力。探索爆炸產生的能量是一個標誌性事件，對於探究其中的化學物質亦是如此，我們對於宇宙中一些重元素的產生仍不清楚，研究超新星有助於我們破解謎題。
圖 4 新生黑洞形成強大的伽馬射線噴流
（圖片來源：NASA/ESA/M. Kornmesser)
20世紀60年代，美國用於窺視蘇聯核試驗的軍用衛星偶然發現了伽馬射線，幾十年間伽馬射線仍是一個謎題，直到90年代，科學家們首次意識到，隱藏在宇宙中各個角落的伽馬射線可能與恆星坍縮有關。
目前大量關於伽馬射線的理解，仍然是基於理論計算和模擬，科學家們相信此次伽馬射線暴將很好地修正之前的理論。科學家們將充分抓住這千載難逢的機會，未來幾個月將有海量的文章發表出來。
儘管能量類似的爆炸爲科學研究帶來了福音，但科學家們並不希望這類大爆炸發生在地球附近，最好也不要在我們的星系中。科學家們認爲從幾千光年外射向地球的伽馬射線會破壞臭氧層，引發大氣變化最終產生冰河時代。事實上，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物種大滅絕。
“幸運的是，此次噴流產生的伽馬射線暴非常狹窄，只有幾度寬”，布蘭登·奧康納表示，“如果它恰好發生在我們星系，直指我們，那可就危險了，不過好在這類現象發生的概率極低”。
補充解釋：① NOIRLab：National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory
美國國家光學紅外天文研究實驗室
② NSF：National Science Foundation 美國國家科學基金會
③ AURA：Association of Universities for Research in Astronomy
大學天文研究聯合組織
④ 太電子伏特亦即兆兆電子伏特，10^12 ev
⑤ LHC：Large Hadron Collider 大型強子對撞機
⑥ Swift：Swift Gamma-ray Burst Explorer 雨燕γ射線暴探測器
BY: Tereza Pultarova
FY: gxm
如有相關內容侵權，請在作品發佈後聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處