天体物理学研究促进了对伽马射线暴如何产生光的理解

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艺术家的概念是，在典型的伽马射线暴（GRB）中，当恒星坍塌成黑洞时，一股粒子射流刺穿恒星。GRB是自宇宙大爆炸以来能量最大、亮度最高的电磁事件。来源：美国国家航空航天局

据阿拉巴马大学亨茨维尔分校（拉斯·纳尔逊）：伽马射线暴（GRBs）是一种强烈的伽马辐射爆发，通常在几秒钟内产生的能量比太阳在其100亿年的寿命中产生的能量还要多。这些瞬态现象是天体物理学中最具挑战性的难题之一，可以追溯到1967年一颗核监视卫星意外发现它们。

阿拉巴马大学系统下属的阿拉巴马大学亨茨维尔分校（UAH）的研究员Jon Hakkila博士是《天体物理杂志》上一篇论文的主要作者，该论文承诺通过关注这些力产生的喷流的运动，揭示这些神秘宇宙动力库的行为。该论文由UAH校友Timothy Giblin博士、Robert Preece博士和deciBel Research，股份有限公司的Geoffrey Pendleton博士共同撰写。

Hakkila解释道：“尽管研究了50多年，GRB产生光的机制仍然未知，这是现代天体物理学的一大谜团。”。“了解伽马射线暴有助于我们了解大自然所采用的一些最快速、最强大的光产生机制。伽马射线暴非常明亮，可以在整个宇宙中看到，而且——因为光以有限的速度传播——它们让我们能够看到恒星存在的最早时期。”

神秘的一个原因是理论模型无法为GRB的光曲线行为提供一致的解释。在天文学中，光曲线是天体的光强随时间变化的曲线图。研究光曲线可以产生关于产生光曲线的物理过程的重要信息，并有助于定义关于光曲线的理论。没有两条GRB光曲线是相同的，发射的持续时间可以从毫秒到几十分钟不等，作为一系列能量脉冲。

Hakkila说：“脉冲是GRB发射的基本单位。”。“它们表示伽马射线暴变亮并随后消失的时间。在伽马射线暴脉冲发射的过程中，它会经历亮度变化，有时会在很短的时间内发生。这些变化的奇怪之处在于，它们是可逆的，就像‘旋转器’或‘皮划艇’（回文）等词是可逆的一样。”。

“很难理解这是怎么发生的，因为时间只朝一个方向移动。在GRB脉冲中产生光的机制以某种方式产生亮度模式，然后以相反的顺序产生相同的模式。这很奇怪，它使GRB变得独特。”

GRB发射通常被认为发生在从新形成的黑洞发射的相对论喷流中——强大的辐射和粒子流。

哈基拉指出：“在这些模型中，一颗垂死的大质量恒星的核心坍塌形成黑洞，落入黑洞的物质被撕裂，并沿着两个相反的光束或喷流向外重定向。”。“指向我们方向的喷流物质以几乎光速向外喷射。由于GRB相对较短，人们一直认为喷流在整个事件中都会一直指向我们。但时间反转的脉冲特征很难解释它们是否起源于不运动的喷流中。”

为了帮助解开这些特征的神秘面纱，本文建议为喷气式飞机增加运动。

研究人员说：“横向移动射流的想法提供了一个简单的解决方案，可以解释时间反转的GRB脉冲结构。”。“当喷流穿过视线时，观察者将首先看到喷流一侧产生的光，然后是喷流中心，最后是喷流的另一侧。随着喷流中心穿过视线，喷流会变亮，然后变暗。随着喷流变暗，围绕喷流核心的径向对称结构将以相反的顺序出现。”

伽马射线暴喷流的快速膨胀，加上喷流“喷嘴”相对于观测者的运动，有助于阐明GRB喷流的结构。

哈基拉说：“喷气机必须像消防软管喷水一样喷射材料。”。“喷流的行为更像是流体，而不是固体物体，能够看到整个喷流的观察者会认为它是弯曲的，而不是直的。喷嘴的运动会导致来自喷流不同部分的光在不同的时间到达我们，这可以用来更好地理解喷流产生光的机制，以及研究狭义相对论效应的实验室。”