天文學(xué)家利用由美國國家科學(xué)基金會 NOIRLab 負(fù)責(zé)運(yùn)營的雙子座南望遠(yuǎn)鏡研究了一個強(qiáng)大的伽馬射線暴（GRB），他們可能發(fā)現(xiàn)了一種前所未見的摧毀恒星的方法。與大多數(shù)由大質(zhì)量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的伽瑪射線暴不同，天文學(xué)家得出的結(jié)論是，這個伽瑪射線暴是由恒星或恒星殘余物在一個古老星系核心的超大質(zhì)量黑洞周圍的擁擠環(huán)境中碰撞產(chǎn)生的。

恒星死亡的本質(zhì)

宇宙中的恒星通常以可預(yù)測的方式結(jié)束自己的生命，這取決于它們的質(zhì)量。像太陽這樣質(zhì)量相對較低的恒星在衰老過程中會脫落外層，最終褪色成為白矮星。質(zhì)量更大的恒星燃燒得更旺盛，在超新星大爆炸中死亡得更快，會產(chǎn)生中子星和黑洞這樣的超密集天體。如果兩顆這樣的恒星殘骸形成雙星系統(tǒng)，它們最終也會發(fā)生碰撞。然而，新的研究指出了一種假想已久但從未見過的第四種選擇。

這幅藝術(shù)家印象圖展示了天文學(xué)家是如何利用由美國國家科學(xué)基金會 NOIRLab 負(fù)責(zé)操作的雙子座南望遠(yuǎn)鏡來研究強(qiáng)大的伽馬射線暴（GRB）的，他們可能發(fā)現(xiàn)了一種前所未見的摧毀恒星的方法。與大多數(shù)由大質(zhì)量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的 GRB 不同，天文學(xué)家得出的結(jié)論是，這個 GRB 是由恒星或恒星殘骸在一個古老星系核心的超大質(zhì)量黑洞周圍的擁擠環(huán)境中碰撞產(chǎn)生的。

揭開新發(fā)現(xiàn)的面紗

在尋找長持續(xù)伽瑪射線暴（GRB）的起源時，天文學(xué)家利用智利的雙子座南望遠(yuǎn)鏡（由美國國家科學(xué)基金會 NOIRLab 運(yùn)營的國際雙子座天文臺的一部分）、北歐光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和 NASA/ESA 哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了恒星或恒星殘余物在一個古老星系的超大質(zhì)量黑洞附近的混亂而密集的區(qū)域中發(fā)生類似拆遷的碰撞的證據(jù)。

荷蘭拉德布德大學(xué)天文學(xué)家、《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy）雜志上一篇論文的第一作者安德魯-萊萬（Andrew Levan）說："這些新結(jié)果表明，恒星可能會在宇宙中一些密度最大的區(qū)域遭遇滅頂之災(zāi)，在那里它們可能會被驅(qū)動發(fā)生碰撞。這對于了解恒星是如何死亡的，以及回答其他問題都是令人興奮的，比如有哪些意想不到的來源可能會產(chǎn)生引力波，而我們可以在地球上探測到這些引力波。"

觀測證據(jù)和發(fā)現(xiàn)

遠(yuǎn)古星系早已過了恒星形成的鼎盛時期，即使有巨型恒星，也所剩無幾，而巨型恒星正是長GRB的主要來源。然而，它們的內(nèi)核卻充斥著恒星和各種超密集恒星殘骸，如白矮星、中子星和黑洞。天文學(xué)家長期以來一直懷疑，在圍繞著超大質(zhì)量黑洞的洶涌蜂窩中，兩個恒星天體遲早會發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生 GRB。然而，這種合并的證據(jù)一直難以捉摸。

天文學(xué)家利用由美國國家科學(xué)基金會 NOIRLab 運(yùn)營的國際雙子座天文臺研究一個強(qiáng)大的伽馬射線暴（GRB）時，可能觀測到了一種前所未見的摧毀恒星的方式。與大多數(shù)由大質(zhì)量恒星爆炸或中子星偶然合并引起的伽瑪射線暴不同，天文學(xué)家得出的結(jié)論是，這個伽瑪射線暴是由恒星或恒星殘骸在一個古老星系核心的超大質(zhì)量黑洞周圍的擁擠環(huán)境中碰撞產(chǎn)生的。資料來源：國際雙子座天文臺/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. 扎馬尼

2019年10月19日，美國宇航局尼爾-蓋爾斯-斯威夫特天文臺（Neil Gehrels Swift Observatory）探測到了一道持續(xù)一分多鐘的明亮伽馬射線閃光，這是此類事件發(fā)生的第一個蛛絲馬跡。任何持續(xù)時間超過兩秒的伽瑪射線暴都被認(rèn)為是"長脈沖"。這種爆發(fā)通常來自超新星的死亡，其質(zhì)量至少是太陽質(zhì)量的 10 倍--但并非總是如此。

研究人員隨后利用"雙子座南"對 GRB 逐漸消失的余輝進(jìn)行了長期觀測，以進(jìn)一步了解其起源。通過觀測，天文學(xué)家們將GRB的位置精確定位在距離一個古老星系的核心不到100光年的區(qū)域，這使得它非?？拷撔窍档某筚|(zhì)量黑洞。研究人員還沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)超新星的證據(jù)，而超新星會在雙子座南研究的光線上留下印記。

洞察 GRB 的起源

萊萬說："我們的后續(xù)觀測告訴我們，這次爆發(fā)并不是一顆大質(zhì)量恒星的坍縮，而很可能是由兩個緊湊的天體合并引起的。通過把它的位置精確定位到先前確定的一個古老星系的中心，我們首次獲得了恒星走向滅亡的新途徑的誘人證據(jù)。"

雙子座南望遠(yuǎn)鏡是由美國國家科學(xué)基金會 NOIRLab 運(yùn)營的國際雙子座天文臺的一半，從一個令人眩暈的高度可以看到雙子座南望遠(yuǎn)鏡的全部規(guī)模和偏遠(yuǎn)程度。雙子座南望遠(yuǎn)鏡位于海拔 2715 米（8900 英尺）的 Cerro Pachón 山上，得益于當(dāng)?shù)胤€(wěn)定的大氣條件。在背景中綿延的智利安第斯山脈之上，幾乎可以感受到干燥的空氣，這種空氣可以減輕望遠(yuǎn)鏡的"視力"。這張照片還拍攝到望遠(yuǎn)鏡的 8 米鏡面透過穹頂結(jié)構(gòu)探出頭來，這在白天是很不尋常的。圖片來源：國際雙子座天文臺/NOIRLab/NSF/AURA/T. Matsopoulos

在正常的星系環(huán)境中，中子星和黑洞等恒星殘骸碰撞產(chǎn)生的長GRB被認(rèn)為是非常罕見的。然而，遠(yuǎn)古星系的內(nèi)核并不正常，可能有一百萬甚至更多的恒星擠在一個只有幾光年寬的區(qū)域里。這種極高的恒星群密度可能足以導(dǎo)致偶爾發(fā)生的恒星碰撞，尤其是在超大質(zhì)量黑洞的巨大引力影響下，它會擾亂恒星的運(yùn)動，使它們向隨機(jī)方向飛去。最終，這些不聽話的恒星會相交合并，引發(fā)巨大的爆炸，在遙遠(yuǎn)的宇宙空間都能觀測到。

這種事件有可能在宇宙中類似的擁擠區(qū)域經(jīng)常發(fā)生，但直到現(xiàn)在才被人們注意到。它們之所以不為人知，一個可能的原因是星系中心充滿了塵埃和氣體，這可能會遮擋住 GRB 的初始閃光和由此產(chǎn)生的余輝。這次被確認(rèn)為 GRB 191019A 的 GRB 可能是一個罕見的例外，它讓天文學(xué)家能夠探測到這一爆發(fā)并研究其余輝。

未來研究和影響

研究人員希望發(fā)現(xiàn)更多有關(guān)這些事件的信息。他們希望能將 GRB 探測與相應(yīng)的引力波探測相匹配，這將揭示更多關(guān)于這些事件的真實性質(zhì)，并確認(rèn)它們的起源，即使是在最陰暗的環(huán)境中。維拉-C-魯賓天文臺（Vera C. Rubin Observatory）將于2025年投入使用，它在這類研究中將發(fā)揮不可估量的作用。

萊萬說："研究像這樣的伽馬射線暴是一個很好的例子，它說明了從探測伽馬射線暴，到用雙子座這樣的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)余輝和距離，再到用整個電磁波譜的觀測結(jié)果對事件進(jìn)行詳細(xì)分析，許多設(shè)施的合作確實推動了這一領(lǐng)域的發(fā)展。"

國家科學(xué)基金會國際雙子座天文臺項目主任馬丁-斯蒂爾（Martin Still）說："這些觀測為雙子座的豐富遺產(chǎn)增添了新的內(nèi)容，加深了我們對恒星演化的理解。"這些時間敏感性觀測證明了雙子座天文臺的靈活運(yùn)作和對宇宙中遙遠(yuǎn)的動態(tài)事件的敏感性。"

(cnBeta)