最近,美國太空總署(NASA)公佈了十年來費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-Ray Space Telescope)發現的最高能的伽馬暴目錄。這批目錄可以為科學家提供伽馬暴物理機制的新見解。

目錄的論文發表於2019年6月13日的《天體物理期刊》上。

伽馬暴是宇宙中最劇烈的星體爆炸。一般認為它們有兩種起源,一個是由於某些類型的大質量恆星在生命結束時坍塌成為黑洞,另一個是來自兩顆中子星合併形成黑洞。無論哪一種,伽馬暴對其周圍的宇宙環境都是災難性的。它們都會爆發接近光速的等離子體噴流,並且其中的高能粒子會釋放伽馬射線。

「每次爆發都是獨一無二的,」瑞典斯德哥爾摩大學(Stockholm University)的研究員馬格努斯‧阿克塞爾松(Magnus Axelsson)博士說, 「只有當我們可以研究類似這批目錄的大量樣本時,我們才能了解伽馬暴的共同特徵。這又為我們提供了伽馬暴的物理機制的線索。」

天文學家一般通過伽馬暴的持續時間來對伽馬暴進行分類。來自中子星合併的短伽馬暴一般持續不到兩秒鐘,而恆星坍縮的伽馬暴通常持續一分鐘甚至更長時間。

費米伽瑪射線太空望遠鏡。(NASA)
費米伽瑪射線太空望遠鏡。(NASA)

新目錄包括費米望遠鏡的大面積望遠鏡設備(LAT)在過去10年中發現的186個事件,其中有17個短伽馬暴和169個長伽馬暴。這些是目前發現的能量最高的伽馬暴。

費米望遠鏡的另一個設備,伽瑪射線爆發監視器(GBM),則可以看到更低能量的伽馬暴。到目前為止,GBM已經檢測到超過2,300個伽馬暴。

NASA的新聞稿中精選了目錄中五個非常特別的伽馬暴。

LAT探測到最短的伽馬暴081102B僅持續十分之一秒。儘管這一事件發生在費米望遠鏡第一年的觀察中,但觀測組並沒有把它包括在上一批伽馬暴目錄中。文章作者之一,意大利巴裏理工大學的伊麗莎貝塔‧比薩爾迪(Elisabetta Bissaldi)博士解釋道,「上一目錄只確定了35個GRB,由於改進了數據分析技術,我們能夠確認更多的伽馬暴。新目錄的伽馬暴數量是上一個目錄的五倍。」

在天鵝座中發現的長伽馬暴160623A持續閃耀了近10個小時。這是目錄中最長的伽馬暴。但是在GBM儀器記錄下,它的持續時間僅107秒。持續時間的顯著差異說明伽馬暴的高能量伽馬射線持續時間比低能量持續時間更長,並且會稍有滯後。

費米望遠鏡探測到能量最高的伽馬暴130427A,其單個光子能量最高達到了940億電子伏特。它位於獅子座,距地球38億光年。這個伽馬暴對目前常見的伽馬暴的衝擊波模型提出了巨大挑戰。

已知最遠的伽馬暴距離地球122億光年。它的編號為080916C,爆炸能量超過9,000顆超新星。

而編號為090510的伽馬暴幫助測試了愛因斯坦的光速不變理論。由於科學家成功測定了它的距離,費米又幾乎在同一瞬間檢測到高能和低能伽馬射線,這說明它們在相同的時間內走了相同的距離。

最近備受關注的引力波伽馬暴170817A則不在這個目錄中。這是因為這個伽馬暴發生時,費米LAT設備恰好關閉了。

「現在LIGO和Virgo開始了新一輪引力波觀測。天體物理學界將關注更多引力波伽馬暴事件。」文章作者之一,費米副項目主任朱迪‧拉庫辛(Judy Racusin)博士說,「這個目錄對費米望遠鏡研究團隊的不懈努力具有紀念意義。其結果有助於我們了解這些伽馬暴事件的數量,並為我們未來可能的突破性發現做好鋪墊。」#