關於宇宙中高輻射能量短爆發起源的 30 年難題已得到解決。在當前一期的《自然》雜誌中,四個不同的天文學家團隊提供了各種證據,首次確定了所謂短伽馬射線暴的宇宙距離,並指出其來源是兩個小而緻密的恆星(稱為中子星)的碰撞,或中子星與黑洞的碰撞。這一發現最終證實了一個稱為合併模型的理論,不僅為更詳細地研究這些不尋常的事件打開了大門,也為探測引力波(引力在時空中產生的難以捉摸的振盪)提供了潛力。
短伽馬射線暴是長伽馬射線暴的“表親”,後者是持續超過兩秒的巨大能量的顯示,在消退之前會短暫地超過其他能量來源。 1997 年,天文學家確定長伽馬射線暴的來源是超新星爆炸,即大質量恆星的坍塌。他們還發現,該事件之後會有一個持續一個月的餘輝,可以使用探測光學頻率、X 射線或無線電波的儀器進行觀察。
不幸的是,尋找餘輝,進而尋找短伽馬射線暴的來源的嘗試均告失敗。一些研究人員推測,這些餘輝難以探測是因為它們發生在星系中密度較低的區域,在那裡,噴射出的物質沒有機會與大量粒子相互作用併產生足夠明亮的爆發。另一些人則認為明亮的能量就在那裡,只是天文學家沒有將他們的儀器指向正確的方向。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
2004 年 11 月,美國宇航局發射了 Swift 衛星,該衛星專門設計用於感知 X 射線輻射,然後迅速轉向其方向以對它們的來源進行成像。今年 5 月,由美國宇航局戈達德太空飛行中心的尼爾·格雷爾斯領導的團隊使用該衛星探測到第一次短爆發。他們確定它來自一個橢圓星系,該星系通常由較老的恆星組成。
此後不久,在 7 月,由麻省理工學院的耶穌·諾埃爾·維拉塞諾爾領導的另一個團隊使用名為 HETE 2 的衛星觀察到了第二次短爆發。另外兩個團隊,一個由加州理工學院的德里克·福克斯領導,另一個由哥本哈根大學的延斯·約爾特領導,探測到了來自該爆發的 X 射線和光學餘輝。他們計算出其光度比長伽馬射線暴的光度低約 1,000 倍。
資料顯示,儘管能量輸出遠低於大質量恆星坍塌後所見的能量輸出,但它太高了,無法用其他理論解釋,即能量來自中子星的地震。“我們提供的所有證據都為合併模型提供了堅實的基礎,並且對大質量恆星模型是致命的,”福克斯說。
合併模型假設,兩顆開始時是彼此圍繞執行的大質量天體的恆星,會在大約 1000 萬年內耗盡燃料並坍塌成大小約為紐約市的高度緻密的中子星。在另外的 1 億到數十億年中,這兩個天體繼續失去能量,並且隨著它們的移動,它們的軌道會縮小。最終它們會碰撞併產生短伽馬射線暴。(如果其中一顆恆星變成黑洞並最終吞噬其伴侶,該理論也成立。)
從收集的資料來看,天文學家現在估計,每發生一次短伽馬射線爆發,就有另外 30 次未被探測到。這一知識可以推進使用引力波探測器(如加州理工學院的雷射干涉儀引力波天文臺)進行的研究。這些儀器用於測量來自黑洞等來源的引力波,這些引力波在一定程度上難以理解,因為它們不發射輻射。