在宇宙中的距離越遠，看起來就越暗，有些甚至通過大型望遠鏡才能察覺得到。當天體物理學家團隊探測到100億光年外的伽瑪射線暴(SGRB)余輝時，讓西北大學的這些天文學家感到驚訝。

畢竟，余輝已經(jīng)是令人難以置信的微弱、而快速的信號（有時只持續(xù)了幾個小時）。這場名為SGRB181123B的伽瑪射線暴發(fā)生在宇宙大爆炸后38億年（即100億年前）。

這是迄今探測到的第二個距離最遠伽瑪射線暴，也是最遠有光學余輝的事件。這項研究的資深作者、西北大學的方文輝(音譯)說：我們當然沒有想到會發(fā)現(xiàn)遙遠的伽瑪射線暴，因為它們極其罕見，非常微弱，用望遠鏡進行‘取證’來了解它所處的環(huán)境，因為它母星系的樣子，可以告訴我們很多關于這些系統(tǒng)的潛在物理信息，該研究的第一作者克里·帕特森(Kerry Paterson)表示：

就遙遠的伽瑪射線暴而言，我們正在揭開其中的冰山一角，這促使我們進一步研究過去的事件，并密切關注未來的事件，其研究發(fā)表在《天體物理學》期刊上。方文輝是西北大學溫伯格文理學院物理和天文學助理教授，也是Ciera(天體物理跨學科探索與研究中心)的成員，帕特森是西埃拉的博士后助理。伽瑪射線暴是宇宙中能量最高、亮度最高的一些爆炸，最有可能發(fā)生在兩顆中子星合并的時候。

這種合并會導致短暫的伽瑪射線爆發(fā)，而伽瑪射線是最高能量的光形式。天文學家通常每年能探測到7到8個定位良好的伽瑪射線暴，以便進行進一步的觀測。由于它們的余輝通常最多持續(xù)幾個小時就會消失，所以它們很少會停留足夠長的時間，所以很難收集到更多信息。但是有了SGRB181123B，天文學家們就幸運了。美國宇航局尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺首次探測到這一事件。

宇宙正午的一瞥

在幾個小時內(nèi)，西北大學研究團隊使用位于夏威夷莫納克亞山頂雙子座-北望遠鏡遠程訪問了國際雙子座天文臺。利用這臺口徑8.1米的望遠鏡，研究人員測量了SGRB181123B伽瑪射線暴的光學余輝。通過使用智利雙子座-南、亞利桑那州MMT和夏威夷Keck望遠鏡進行后續(xù)觀察，研究人員意識到SGRB181123B可能比大多數(shù)恒星更遙遠。

在發(fā)現(xiàn)短伽瑪射線暴僅僅幾個小時后就對其進行了深入的觀察。雙子座天文臺觀測的圖像非常清晰，使天文學家能夠精確定位宇宙中某個特定星系的位置。為了揭示伽瑪射線暴與地球的距離，研究小組隨后訪問了位于雙子座南天文臺的一臺近紅外光譜儀，該光譜儀可以探測更紅的波長。通過拍攝宿主星系的光譜，研究人員才意識到他們偶然發(fā)現(xiàn)了一個遙遠的伽瑪射線暴。

在確定了宿主星系并計算了距離后，研究團隊能夠確定產(chǎn)生這一事件星系內(nèi)母星群的關鍵屬性。因為sgrb181123b伽瑪射線暴出現(xiàn)時，宇宙年齡僅為其當前年齡的30%，這是一個被稱為“宇宙正午”的時期，提供了一個難得的機會來研究宇宙還是個“青少年”時的中子星合并。當伽瑪射線暴發(fā)生時，宇宙非常忙碌，有快速形成的恒星和快速增長的星系。

大質(zhì)量雙星的誕生、演化和消亡需要時間，最終變成一對最終融合的中子星。中子星（特別是那些產(chǎn)生伽瑪射線暴的中子星合并）需要多長時間才能合并，這是很早以前就不清楚的，在宇宙歷史的這一時刻發(fā)現(xiàn)中子星合并產(chǎn)生的伽瑪射線暴表明，在宇宙正在形成大量恒星的時候，這對中子星可能已經(jīng)相當快地融合在一起了。

博科園｜研究/來自：西北大學

參考期刊《arXiv》《天體物理學》

Cite: arXiv:2007.03715

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