北京時間 11 月 5 日消息,據(jù)國外媒體報道,宇宙中充滿了明亮的光,跨越了整個電磁光譜。盡管這些光絕大部分來自像太陽這樣的恒星,但我們也經(jīng)常會看到一些短暫而明亮的閃光,甚至比整個星系本身還要亮。其中一些最亮的閃光被認(rèn)為是在劇烈變化的事件中產(chǎn)生的,比如大質(zhì)量恒星的死亡,或者兩顆恒星殘骸 —— 比如中子星 —— 的碰撞。長期以來,科學(xué)家一直在研究這些明亮的閃光,即所謂的“瞬變”(transients),以了解恒星的死亡和后續(xù)變化,以及宇宙的演變。
有時候,天文學(xué)家會遇到一些與預(yù)期不符的瞬變現(xiàn)象,這讓長期預(yù)測各種瞬變現(xiàn)象的理論研究者感到十分困惑。2014 年 10 月,在美國國家航空航天局(NASA)錢德拉 X 射線空間望遠(yuǎn)鏡對南方天空進(jìn)行的一項長期監(jiān)測中,研究人員發(fā)現(xiàn)了被稱為 CDF-S XT1 的神秘瞬變,其明亮狀態(tài)可持續(xù)數(shù)千秒。CDF-S XT1 在 X 射線中釋放的能量相當(dāng)于太陽在 10 億年多的時間里所釋放的能量。自這項最初發(fā)現(xiàn)以來,天體物理學(xué)家已經(jīng)提出了許多假說來解釋這一瞬變現(xiàn)象,然而直到現(xiàn)在仍沒有定論。
在最近的一項研究中,澳大利亞天體物理學(xué)家團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),對 CDF-S XT1 的觀測結(jié)果與之前所預(yù)測的來自高速(接近光速)射流的輻射測相符。這種“外流”只能在極端的天體物理條件下產(chǎn)生,比如一顆恒星被一個巨大黑洞撕裂并最終坍塌,或者是兩顆中子星的碰撞。
研究發(fā)現(xiàn),CDF-S XT1 所釋放的輻射很可能是兩顆中子星合并產(chǎn)生的。這一發(fā)現(xiàn)使 CDF-S XT1 類似于 2017 年的一項重大發(fā)現(xiàn):GW170817。GW170817 是激光干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座干涉儀(VIRGO)在當(dāng)年 8 月 17 日觀測到的引力波事件,出自兩顆中子星的合并,而在此之前的數(shù)次引力波事件都出自于兩個黑洞的碰撞。CDF-S XT1 與地球的距離是 GW170817 的 450 倍,這個巨大的距離意味著這種合并發(fā)生在宇宙歷史的早期;這也可能是迄今為止觀測到的最遠(yuǎn)的中子星合并。
發(fā)生碰撞并合并的中子星是宇宙中產(chǎn)生金、銀、钚等重元素的主要場所。由于 CDF-S XT1 在宇宙歷史的早期就出現(xiàn)了,因此這一發(fā)現(xiàn)將有助于加深研究者對地球化學(xué)豐度和元素的理解。
在更近的 2020 年 1 月,對另一個瞬變 AT2020blt 的觀測 —— 主要是通過茲威基瞬態(tài)設(shè)施完成的 —— 也令天文學(xué)家感到困惑。該瞬變的光就像大質(zhì)量恒星坍塌時高速流出的輻射。這種外流通常會產(chǎn)生能量更高的伽馬射線,但這一次,它們從數(shù)據(jù)中消失了,沒有被觀測到。天文學(xué)家推測,這些伽馬射線的缺失可能有以下三種原因:(1)伽馬射線并沒有產(chǎn)生;(2)伽馬射線的方向遠(yuǎn)離地球;(3)伽馬射線太過微弱,以至于觀測不到。
在另一項研究中,表明 AT2020blt 可能確實產(chǎn)生了指向地球的伽馬射線,只是它們非常微弱,被目前的探測儀器忽略了。結(jié)合其他類似的瞬變觀測結(jié)果,這種解讀意味著我們正開始理解這個謎團(tuán),即在整個宇宙的劇烈爆發(fā)事件中,伽馬射線是如何產(chǎn)生的。
這類明亮瞬變現(xiàn)象被統(tǒng)稱為伽瑪射線暴,包括 CDF-S XT1、AT2020blt 和 AT2021any 等,它們所產(chǎn)生的能量足以在一秒鐘內(nèi)令整個星系黯然失色。
即便如此,對宇宙另一端所探測到的高能輻射還缺乏了解,其精確機(jī)制還是未知的,這兩項研究探索了一些迄今為止探測到的最極端的伽馬射線暴。隨著進(jìn)一步的研究,我們將能夠最終回答一個思考了幾十年的問題:伽馬射線暴究竟是如何發(fā)生的?
瞬變天文事件
瞬變天文事件是指持續(xù)時間極短的天文事件。當(dāng)然,為了區(qū)別天文學(xué)上最常遇到的動輒上億年的天文演變過程,持續(xù)時間從幾秒到若干年的現(xiàn)象都可能被稱為瞬變天文事件。典型的瞬變天文事件包括超新星和伽馬射線暴等。盡管這類現(xiàn)象一直受到天文學(xué)家的關(guān)注,但由于技術(shù)原因,對瞬變天文事件的研究直到近幾十年才有較大進(jìn)展。
在望遠(yuǎn)鏡被廣泛應(yīng)用于天文研究后,盡管人們因此能夠看到更暗的天體,但由于望遠(yuǎn)鏡較小的視場,且越大口徑的望遠(yuǎn)鏡通常視場越小,使得發(fā)現(xiàn)亮度較低的瞬變天文事件依然十分困難。近幾十年來,隨著望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的飛速發(fā)展,天文學(xué)家得以觀測到大量的瞬變天文事件。著名的探測瞬變天文事件的設(shè)備包括帕洛馬瞬變設(shè)施、雨燕衛(wèi)星、泛星計劃、卡塔娜莉瞬變源巡天等,以及瞬變源巡天項目包括茲威基瞬變設(shè)施和大型巡天望遠(yuǎn)鏡等。
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