科学家解开伽马射线爆发的奥秘——宇宙中最强大的爆炸

五毒男孩又

一颗超新星发射有史以来最强伽马射线爆发的插图（图片来源：Aaron M.Geller/西北大学/CIERA/IT研究计算和数据服务。）

据美国太空网（Robert Lea）：科学家们可能离发现伽马射线暴是如何成为已知宇宙中最强大的爆炸又近了一步。

就上下文而言，一次伽马射线暴（GRB）在几秒钟内产生的能量比太阳在数十亿年内辐射的能量还要多。由于这种力量，科学家们推断GRB是由宇宙中一些最剧烈的事件产生的。这包括标志着大质量恒星死亡的超新星爆炸、两颗中子星的碰撞和合并，这是由我们所知的密度最高的物质组成的“死亡”恒星，以及婴儿黑洞的爆发。

然而，这些爆炸的各个方面仍然笼罩在神秘之中，包括发射GRB的确切机制，以及究竟是什么导致了持续2秒以上的“长”GRB与持续时间较短的“短”GRB。

例如，阿拉巴马大学亨茨维尔分校的一个科学家团队一直在研究伽马射线暴的光遗漏，以及它们如何随着时间的推移而变化，以更好地模拟这些喷发，并最终破解它们的秘密。

“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，”团队负责人、阿拉巴马大学亨茨维尔分校的科学家Jon Hakkila在一份声明中说。“了解GRBs有助于我们了解大自然使用的一些最快速、最强大的光产生机制。

“GRB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。”

照亮GRB

GRB仍然难以理解的主要原因之一是，描述它们的理论模型无法解释其光曲线的行为，而光曲线是显示物体光强如何随时间变化的曲线图。

使情况更加复杂的是，没有两条GRB光曲线完全相同，爆发的持续时间可以从几毫秒持续到几十分钟。

Hakkila及其同事将GRB建模为一系列高能脉冲，认为这些脉冲是GRB发射的基本单位。Hakkila说：“它们指示GRB变亮并随后消失的时间。在GRB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。”。“这些变体的奇怪之处在于，它们是可逆的，就像‘旋转器’或‘皮划艇’等[回文]单词是可逆的一样。”

这位科学家补充说，很难理解这种可逆性是如何发生的，因为与单词中的字母不同，时间只能从一个方向读取。

他说：“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，这让GRB变得独一无二。”



超大质量黑洞发出相对论性喷流，伴随着伽马射线爆发。（图片来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）

该团队专注于黑洞（最近由一颗大质量恒星死亡形成）以近光或“相对论”速度喷出粒子喷流时产生的GRB模型。

哈基拉解释道：“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，在整个事件中，喷流一直指向我们。但时间反转的脉冲特征很难解释，如果它们起源于不运动的喷流中。”

为了解释GRB光曲线的回文性质，该团队将侧向运动或侧向运动添加到从婴儿黑洞喷出的相对论喷流中。

Hakkila继续说道：“横向移动喷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。

“当喷流中心穿过视线时，喷流会变亮，然后变暗。当喷流变暗时，围绕喷流核心的径向对称结构将以相反的顺序出现。”

哈基拉补充道，在这个“GRB的弹道模型”中，来自黑洞的相对论性喷流以类似于消防水管喷水的方式喷射材料。他说，由于喷流的行为像流体而不是固体，观察者会看到整个喷流是弯曲的，而不是直的。

他总结道：“喷嘴的运动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。”。

该团队的研究于4月22日发表在《天体物理杂志》上。