一份新研究稱終於揭開了伽馬射線爆(GRBs)困擾了科學家很久的謎團:事件現場周圍的磁場開始是有序的狀態,之後,在接近光速向外噴發的物質對環境介質的衝擊下,磁場很快變成無序混沌的狀態。

研究人員發現象超新星爆炸變成黑洞的這樣劇烈的天文事件過程,就會產生伽馬射線爆。質量至少是太陽40 倍以上的大型恆星在死亡的時候才可能發生超新星爆炸。這個過程恆星以接近光速向周圍空間噴發它的物質,從而發出能量極強的、但是維持時間非常短的伽馬射線。

科學家認為,事件現場磁場的情況是促進超新星爆發的一個重要因素。研究介紹說:「高速噴出的物質穿過那裏的磁場,隨著自旋黑洞的形成,磁場被扭轉成形如『開瓶器』一樣的形態,據信這能讓物質更加集中並加速噴射。」

地球上的科學家無法直接觀測那裏的磁場,但是繞著磁力線運動的帶電粒子( 比如電子)所發出的光線中,卻蘊藏著反映那裏磁場狀態的信息。所以科學家一直通過分析伴隨這個過程發出的光線探查那裏磁場的情況。

主要研究者之一英國巴斯大學(University of Bath)天體物理系主任蒙代爾(Carole Mundell)說:「我們測量光線一個特殊的屬性——偏振性,就可以探查到促進超新星爆發現場磁場的情況。這次的分析結果太好了,揭開了這些極端天文事件疑惑了我們很長時間的謎團。」

以前,科學家從望遠鏡捕獲到的光線,都是伽馬射線的觸發事件發生後數小時、甚至幾天以後的光線,很難有機會觀測到非常接近事件觸發時間點的光線。

這份新研究幸運地捕獲到GRB 141220A 觸發僅90 秒後的光線信號。研究稱,這是有史以來探測到的「最接近爆發時間點的光線信號」。這個伽馬射線爆是2014年12 月探測到的信號。

在此之前科學家推測的情形是:爆發剛發生的時候,那裏的磁場是有序的狀態,因此發出的光線的偏振度很高。可是,爆炸的噴發物將攪亂磁場,導致發出光線的偏振度變得很低。但是這個理論沒有得到證據的支持,特別對於到底爆炸發生後多長的時間段內磁場是有序的狀態,以前不同的研究有著不同的看法,存在爭議。

這份研究看到,GRB 141220A觸發僅90 秒後的光線信號的偏振度已經很低。由此研究人員認為,看來伽馬射線爆的觸發事件在開始的時候仍然由覆蓋面很廣的、很有序的磁場推動,可是這樣有序磁場維持的時間相當短,很快就被噴射的物質干擾而成為無序的狀態。

研究人員提供的假想圖中展示了產生伽馬射線爆的最初短暫階段(prompt phase)、向外噴發的前進波(forward shock) 和物質被反彈回發源地的後退波(reverse shock)並存的景象。

這份研究4 月10 日發表於《王家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)。◇