2022 年 10 月初，一股高能輻射波從伽馬射線暴中席捲地球，這是宇宙所能提供的最獨特、最具災難性和最劇烈的事件之一。天文學家迅速確定了它的距離，發現這是有史以來觀測到的最接近的一次爆發：距離地球僅 20 億光年。或者，如果您願意，距離我們 200 億萬億公里，這在可觀測宇宙的尺寸中佔了相當大的比例。
對於天文學家來說，“近”意味著不同的含義。這次爆發在宇宙學意義上非常接近，因此地球上和地球上空的許多天文臺都探測到了它，並且已經產生了大量的科學寶藏。但即使從人類角度來看如此遙遠的距離，它也是有史以來在 X 射線和伽馬射線中觀測到的最亮的此類事件，亮度足以讓人在較小的業餘望遠鏡中發現其可見光發射，甚至能夠實際影響我們的大氣層上層。儘管如此，這次伽馬射線暴對我們沒有危險。無論如何，我很高興它們保持距離。
伽馬射線暴，或 GRB，是伽馬射線的強烈爆發——伽馬射線是光的最強能量形式——通常持續從幾分之一秒到幾分鐘不等。自冷戰以來，伽馬射線暴一直是天文學家們的一個謎，當時第一個伽馬射線暴是在 20 世紀 60 年代由軌道探測器發現的，這些探測器旨在尋找在地球上或地球上空測試的核武器。自那時以來，已經觀測到 1700 多個。儘管如此，還是花了數十年的時間才在天空中準確定位其中任何一個，以便用更傳統的望遠鏡進行觀測，並更好地瞭解它們的本質。即便如此，這也很困難，因為每個 GRB 都有其特殊性，這使得它們作為一個群體難以理解。
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儘管如此，我們確實對它們的基本性質有了相當的瞭解。短時爆發——通常最多持續幾秒鐘——來自兩顆超高密度中子星的碰撞和爆發出的強烈能量，而長時爆發——持續幾分鐘——來自大質量恆星在其生命末期爆炸。恆星的核心坍縮，形成黑洞。一個由未立即被黑洞吞噬的物質組成的漩渦盤迅速在其周圍形成，將兩束強烈的能量束漏斗到太空中，一束指向上方，另一束指向下方，遠離圓盤。這些能量束穿過垂死的恆星並向外爆發，而恆星的其餘部分則作為非常強大的超新星爆炸。
這張尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺影像拍攝於 GRB 221009A 的第一次光爆發後僅一小時，顯示了來自伽馬射線暴的 X 射線光環，這些光環被我們銀河系內的塵埃散射。來源：NASA/雨燕/A. 比爾德莫爾（萊斯特大學）
伽馬射線暴的能量幾乎難以理解：在幾秒鐘內，它們可以釋放出相當於太陽在其 120 億年生命週期內釋放的能量。它們的威力來自它們的高度聚焦；這些細光束將爆炸能量集中在一個非常狹窄的方向上。如果光束正好指向您，您就會看到一道伽馬射線閃光，其亮度足以從數十億光年之外被探測到。在路徑之外，您會看到更典型的超新星。
儘管它們的威力巨大，但大多數爆發都離我們非常遙遠，以至於它們的光線被大大削弱，需要望遠鏡才能看到它們。
GRB 221009A 的最初閃光——因其是 10 月 9 日觀測到的第一個伽馬射線暴而得名——首先由軌道執行的費米伽馬射線太空望遠鏡上的感測器探測到，該望遠鏡專門用於探測 GRB 並快速找到其位置。即使對於長時爆發而言，它也異常延長。尼爾·格雷爾斯雨燕天文臺（另一個旨在觀測爆發的軌道望遠鏡組）也發現了另一次伽馬射線爆發。第二次峰值發生在近一個小時後，比此類事件通常發生的時間晚得多，這表明這個特殊的 GRB 具有多麼強大的能量。
在最初爆發五天後，使用智利巨大的雙子座南方望遠鏡觀測到了 GRB 221009A 的餘輝。這張影像顯示了近紅外光中的餘輝，剛好在人眼可見光範圍之外。來源：國際雙子座天文臺/NOIRLab/NSF/AURA/B. 奧康納（UMD/GWU）和 J. 拉斯蒂內賈德和 W. 馮（西北大學）；影像處理：T.A. 雷克託（阿拉斯加大學安克雷奇分校/NSF 的 NOIRLab）、J. 米勒、M. 扎馬尼和 D. 德·馬丁（NSF 的 NOIRLab） (CC BY 4.0)
雨燕立即向世界各地的天文學家發出了自動警報，他們透過將自己的望遠鏡指向爆發方向做出了回應。由光束撞擊垂死恆星周圍物質引起的可見光逐漸消退，透過宇宙紅移（宇宙膨脹本身引起的光線變紅）揭示了它的距離，並表明這是有史以來觀測到的最接近的 GRB。
天體物理學家拉米·曼多在一條推文中指出，印度和德國的閃電探測器顯示，來自閃電的電磁輻射脈衝的傳播方式在 GRB 能量擊中地球的同時突然發生了變化。這些脈衝表明地球高層大氣層的狀況發生了變化，電子突然從其宿主原子中剝離出來。伽馬射線以這種方式電離原子，因此這次爆發似乎確實實際影響了我們星球的大氣層，儘管只是輕微且短暫的。儘管如此，從 20 億光年之外來看，這仍然是一種非凡的現象。
如此接近的 GRB 意味著天文學家可以用比平常更多的方式分析他們從中看到的光。通常，爆發的光線不夠亮，無法清楚地揭示導致爆發的事件的細節。這個樣本可以幫助科學家更好地瞭解爆發期間形成的中心黑洞引擎，以及圍繞它的物理學的極其複雜的性質。
它還可以告訴我們關於銀河系的資訊。雨燕天文臺觀測到以 GRB 位置為中心的不斷擴大的 X 射線光環，這是由銀河系中距離地球約 600 至 12000 光年的塵埃雲引起的。當光線照射到我們視線之外的塵埃雲時，就會發生這些“光回波”——因此我們在天空中的亮點旁邊，在側面看到它們。由於光線從爆發到到達那些塵埃雲並散射到我們這裡需要額外的短時間，我們看到光環從中心向外移動，其膨脹速率與它們與我們的距離有關。測量這些光環使天文學家能夠確定到雲層的距離。
儘管已經取得了巨大的進步，尤其是在 20 世紀 90 年代光學望遠鏡首次觀測到爆發並確定其距離確實是宇宙級的之後，但關於它們，我們還有很多尚未了解。世界各地的望遠鏡仍在觀測 GRB 221009A，它可能被證明是這些極其多樣化、奇異而強大的事件的羅塞塔石碑。”
編者注：這是天文學家兼作家菲爾·普萊特的新月度專欄的第一篇。普萊特曾是哈勃太空望遠鏡的研究員，並撰寫了許多關於太空的書籍和文章，包括為 ScientificAmerican.com 撰寫的文章