這是藝術(shù)家對超新星的概念理解，它可以引發(fā)伽馬射線爆炸

圖源：DESY，科學傳播實驗室

一個國際天文學家小組探測到一對比以往能量都要高的伽馬暴。伽馬暴是宇宙中已知的最強的爆炸，但這些最近的發(fā)現(xiàn)暗示著我們明顯地低估了它們的真實潛力。

今天在《自然》雜志上發(fā)表的三篇新文章描述了兩次新的伽馬暴-GRB 190114C和GRB 180720B，它們都產(chǎn)生了迄今為止GRB事件中能量最高的光子。毫不掩飾地說，這些前所未有的觀測正在給這些神秘的宇宙事件及其背后的機制帶來新的曙光。

伽馬暴被認為是在巨大的恒星坍縮成黑洞、導致超新星產(chǎn)生時觸發(fā)的。因此而發(fā)生的爆炸產(chǎn)生一束強大而集中的噴流，將物質(zhì)以0.9999倍光速發(fā)射到太空。噴流中急劇加速的粒子通過與磁場和輻射的復雜相互作用產(chǎn)生伽馬射線。這些伽馬射線繼續(xù)在星際空間中穿行，其中一些最終到達地球。當它們與我們的大氣層接觸，伽馬射線將引發(fā)粒子級聯(lián)，進而產(chǎn)生一種被稱為切倫科夫光的現(xiàn)象，切倫科夫光可以被特殊裝備的望遠鏡探測到。

2019年2月11日和3月12日哈勃太空望遠鏡拍攝的GRB 190114C及其所在星系的余輝。

圖片：NASA、ESA和V.Acciari等人，2019年

沃里克大學的天文學教授、其中一項新研究的合著者安德森·萊文說，天文學家已經(jīng)研究伽馬暴五十多年了，但現(xiàn)在仍然還有很多需要研究，包括伽馬射線是如何形成的，以及當物質(zhì)以如此極端的速度從黑洞中被拋擲出去時所涉及的物理問題。這次新探測到的擁有空前能量的伽馬暴，肯定有很大的幫助。

萊文在給吉斯摩多的一封郵件中寫道：“這些新的觀測推動了我們可以觀測到伽馬射線的能量范圍，并揭示了一種我們以前從未見過的輻射的新成分。這是一種讓望遠鏡探測到這種光的技術(shù)的極好的演示。最重要的是，它們提供了一種在自然界最極端條件下理解物理學的新方法。”

事實上，如果沒有一些非常先進的技術(shù)，我們不可能有這些發(fā)現(xiàn)。新發(fā)表的論文上所描述的伽馬暴能量是通過觀察它們對我們大氣層的效應來測量的。當伽馬射線進入我們的天空時，它們將大量粒子推向天空，產(chǎn)生一種空氣簇射。這些簇射以相對論的速度移動，產(chǎn)生一種可探測到的藍色的光，叫做切倫科夫光，足夠合適的話，它可以被切倫科夫望遠鏡探測到。

概念圖顯示了探測切倫科夫光的特殊裝備的望遠鏡，切倫科夫光是由入射的伽馬射線產(chǎn)生的，是可探測到的藍光。

圖片：DESY，科學傳播實驗室

在這種情況下，這些望遠鏡是在納米比亞的高能立體系統(tǒng)（HESS）和在加那利群島的主要大氣伽馬成像切倫科夫（MAGIC），它們都由馬克斯·普朗克研究所操作。衛(wèi)星以前曾被用來觀測切倫科夫光，但它們的儀器對于探測超高能量的事件不夠敏感，因為它們產(chǎn)生的光很弱。

第一個高能事件GRB 180720B發(fā)生于2018年7月20日，被發(fā)表在一篇由天文學家們撰寫的文章里，這些天文學家來自于馬克斯·普朗克研究所、德國電子同步加速器（DESY）、國際射電天文學研究中心（ICRAR），以及一些其它組織。第二個事件GRB 190114C，發(fā)生在2019年2月14日，它被發(fā)表在兩篇文章中，這兩篇文章都由來自馬克斯·普朗克物理研究所的拉茲米克·米爾佐揚領(lǐng)導。來自世界各地的300多位科學家參與到這項研究中。

萊文解釋說：“關(guān)于這些特殊的爆炸最值得注意的不在于它們總共釋放了多少能量，而在于我們從光的各個部分看到了多少能量。我們可以認為光是由稱為光子的小粒子組成的，每個光子都攜帶一份能量。我們通常用一個電子伏特作為單位來量度能量，也就是一個單電子通過1伏特電壓時所獲得的能量?！?/p>

萊文說道：“環(huán)繞在我們周圍的我們?nèi)庋劭梢姷墓庾右话憔哂?個電子伏特的能量，但通過MAGIC測量，來自GRB 190114C的光子所具有的能量能夠高達1太電子伏特，這是我們?nèi)庋劭吹降哪芰康?萬億倍。從這個角度看，2013年的創(chuàng)紀錄GRB測量值為940億電子伏特，即0.094太電子伏特。”

他說：“這有點像站在你旁邊的人是比爾·蓋茨，而你的名字上只有10美分。毋庸置疑，如果一個光子擁有如此大的能量，它便可以做不同的事情，就像如果你有1000億美元而不是10美分的時候，你將過上完全不同的生活。所以這些高能的光確實為我們提供了了解宇宙的新窗口?！庇蒑AGIC收集的數(shù)據(jù)顯示來自GRB 190114C的能量處于2000億到10000億電子伏特之間，也就是0.2到1個太電子伏特之間。這是目前探測到的最強的伽馬暴。

支持觀測站的觀測結(jié)果表明，GRB距離地球約40億光年。根據(jù)赫斯的測量，早期的事件GRB 180720B稍微弱一點，記錄的能量在1000億到4400億電子伏之間，或0.1到0.44太電子伏特，估計距離地球60億光年。

概念圖顯示MAGIC天文臺掃描天空中的伽馬射線。

圖片：Superbossa.com和C.里吉。

萊文說：“這些觀察結(jié)果最讓我驚訝的是，經(jīng)過十多年的努力，我們終于看到了如此高的能量發(fā)射。除了這兩個事件以外，在去年夏天另一個伽馬暴也被記錄到了，關(guān)于它的具體細節(jié)尚未公布?！比R文告訴吉斯摩多：“這意味著這種發(fā)射可能在伽馬暴中很常見，而不是非常罕見。在這種情況下，我們不得不等這么長時間以使其達到剛好找到這種異常高能的光的條件，這實際上是令人驚訝的?！?/p>

這些新的文章，除了專注于新的伽馬暴之外，還對高能光子作出了解釋，這些光子被認為是在一個稱為逆康普頓散射的雙交叉的過程中產(chǎn)生的。最初，急劇加速的粒子在爆炸本身的強磁場周圍反彈，導致同步輻射（是的，與同步加速器和地球上其他粒子加速器產(chǎn)生的輻射相同，但這就是比較的終點）。然后，在第二階段，同步加速光器子猛撞在產(chǎn)生它們的快粒子上，將它們的能量提高到地球大氣所記錄到的極值。

圖表顯示伽馬暴是如何由黑洞形成的。

圖源：美國宇航局戈達德航天飛行中心

伽瑪暴幾乎每天都被衛(wèi)星記錄下來，但從宇宙學的角度來看，它們實際上非常罕見，謝天謝地。為了解釋這些事物的力量，“一個典型的爆發(fā)會釋放出與太陽在整個100億年生命周期中的能量一樣多的能量”，天文學家吉瑪安德森在一份新聞稿中解釋道。吉瑪·安德森是國際射電天文學研究中心科廷大學節(jié)點的一項研究的合著者。如果伽馬射線爆發(fā)發(fā)生在我們附近的任何地方，并直接聚焦在地球上，它有可能引發(fā)大滅絕。

正如萊文向吉斯摩多解釋的那樣，這樣的事件實際上可能已經(jīng)發(fā)生在地球的遠古時期了。

萊文說：“我們可以在地質(zhì)記錄中看到一個大滅絕事件——奧陶紀滅絕，這與我們預期的伽馬射線爆發(fā)相吻合，如果一個事件曾經(jīng)離地球足夠近以至于可以影響到我們現(xiàn)在，我們將有一些似是而非的影響。”

萊文說，首先，伽馬射線會破壞臭氧層，使大量的紫外線到達地表。相比之下，由于大氣中關(guān)鍵分子的破壞和氮氧化物的存在，可見光可能會被阻擋，從而阻擋陽光，引發(fā)冰河時代。這種大氣效應的雙重打擊將會很糟糕。

萊文說：“這與4.4億年前奧陶紀大滅絕時期的情況一致，盡管這不是唯一可能的解釋。然而，要想影響我們，伽馬暴必須離我們足夠近，而且它的噴流必須直指我們。觀測表明，伽馬暴在銀河系中實際上非常罕見。”

對此，他補充說:“我們真的認為，受影響的頻率不會超過每10億年左右，我們沒有理由因為這種可能性而失眠?！?/p>

每十億年一次，對吧?我喜歡這種幾率。

BY:?George Dvorsky

FY: Turbo

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