巨大爆發

1月23日凌晨4:47（美國東部時間），天文學家發現宇宙遙遠深處發生了巨大的爆炸。在不到幾十秒的時間裡，這次爆炸釋放的能量可能相當於我們太陽在過去50億年裡釋放能量的10,000倍。這種所謂的伽馬射線暴，現在正式命名為GRB 990123，是有史以來能量最強、觀測最仔細的一次。但這些隨機且難以捉摸的閃光的原因仍然是一個謎。

就像狗仔隊的閃光燈一樣，伽馬射線暴在宇宙中不斷爆發，大約每天一次。它們的特徵是短暫而強烈的伽馬射線脈衝。如果天文學家行動迅速，他們可以將其餘儀器指向起源點，並記錄到快速衰退的X射線、可見光和無線電波餘輝。在GRB 990123的案例中，天文學家首次能夠從各種儀器中獲得事件的記錄，因為其輻射到達了地球。

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“這次爆發的亮度似乎比整個宇宙其餘部分都高，這在大多數現有理論中很難解釋，”加州理工學院天文學教授斯里尼瓦斯·庫爾卡尼說，他是研究GRB 990123的團隊成員。他們關於該發現及其餘輝的初步結果發表在3月26日的《科學》雜誌和4月1日的《自然》雜誌上；關於宿主星系的更多細節將出現在即將出版的《天體物理學雜誌快報》上。

這些神秘的能量閃光是美國軍方維拉衛星在1960年代發現的。1991年，美國國家航空航天局發射了康普頓伽馬射線天文臺衛星，該衛星攜帶了爆發和瞬態源實驗（BATSE）。到目前為止，它已經探測到數千次爆發。但研究它們的關鍵是足夠快地定位它們，以便在餘輝消失之前將其他儀器指向其源頭。這個問題最終在1997年初得到了解決，當時義大利/荷蘭的一顆名為BeppoSAX的衛星發射升空。它的任務是：探測爆發並向全球天文學家發出警報。

當BeppoSAX於1月23日發現GRB 990123時，調查人員立即採取行動。在三個小時內，包括天文學高階博士後學者斯蒂芬·奧德瓦恩和研究生約書亞·布盧姆在內的加州理工學院團隊，已將帕洛瑪天文臺的60英寸望遠鏡對準該地點，以發現快速衰退的可見光餘輝（下面的動畫）。“這次冒險從凌晨5點接到我們義大利朋友的叫醒電話開始，”布盧姆說。

幾個小時後，由密歇根大學的卡爾·阿克洛夫領導的名為ROTSE（機器人光學瞬態搜尋實驗）合作的天文學家團隊報告說，在他們的團隊操作的小型機器人望遠鏡拍攝的影像中，也看到了爆發的可見光對應物，時間僅為爆發後22秒。這是首次如此快速地測量到爆發餘輝。

與此同時，庫爾卡尼和他的同事在美國國家射電天文臺位於新墨西哥州索科羅的甚大陣射電望遠鏡處，發現了一個與帕洛瑪發現的可見光餘輝位於同一位置的新射電源。一旦收到警報，位於夏威夷莫納克亞山的W. M. 凱克天文臺的10米凱克II望遠鏡的天文學家，就記錄了爆發餘輝的光譜，這將允許天文學家計算出爆發與地球的距離。

對光譜的分析證實了早期的發現，即爆發來自遙遠的太空，而不是在我們的星系內部。來自加那利群島北歐光學望遠鏡的邁克爾·安德森和他的同事發現，爆炸發生在90億光年之外。“我們驚呆了，”加州理工學院的S. 喬治·喬爾戈夫斯基說，他是該團隊的主要研究人員之一。“這比我們預期的要遠得多，加上觀測到的爆發亮度，這意味著令人難以置信的亮度。”

隨著GRB 990123的衰退，凱克天文臺的天文學家還在紅外影像中觀察到一個與之相鄰的微弱星系，他們認為這是爆發的起源地。為了證實這一發現，哈勃太空望遠鏡獲得了該星系和爆發餘輝的可見光影像（頂部影像）。宿主星系不是經典的螺旋形或橢圓形。相反，它由延伸到火球明亮斑點上方的指狀細絲組成。

天文學家推測，這個星系可能是由於與其他星系碰撞而扭曲的。這會引發快速的恆星誕生，因為氣體雲被加熱和壓縮，從而促成了數百萬顆新生恆星的誕生。哈勃和凱克影像都表明，該星系異常呈藍色，表明存在大量藍色的新生恆星。這些觀察結果加強了這些強大的爆炸發生在正在形成新恆星的區域的觀點。

新資料也提出了一種可能性，即這些巨大的爆炸並不像它們看起來的那樣具有災難性。對釋放能量的計算假設它是向各個方向發射的。但有跡象表明，望遠鏡可能觀察到了一個巨大的噴流或光束指向地球。加州理工學院調查人員的後續研究揭示了餘輝亮度發生變化，這可能是一個能量噴流的跡象。“這是首次在伽馬射線暴中觀察到這種行為，”庫爾卡尼說，他是《自然》雜誌報告的作者之一，“這可能有助於部分解釋其巨大的表觀亮度。”

儘管GRB 990123觀測的結果為拼圖增加了幾個碎片，但這些爆炸性閃光的原因仍然是一個謎。新資料似乎並沒有縮小可能性，其中包括一顆巨大的恆星坍縮成黑洞、中子星之間的碰撞或中子星與黑洞的碰撞。因此，就目前而言，伽馬射線暴仍然是宇宙中最神秘的現象。