NASA的费米伽马射线太空望远镜和尼尔·盖勒斯·斯威夫特地理台发现的一对远间隔爆破发作了迄今为止看到的最高能量的光,称为伽马射线暴(GRB)。由两个不同的地上地理台进行的创纪录的勘探,为推进伽马暴的机制供给了新的见地。
地理学家46年前初次认识到GRB现象。爆破均匀每天在天空中随机呈现一次。
当一颗比太阳重得多的恒星竭尽燃料时,就会发作最常见的GRB类型。它的中心陷落并构成一个黑洞,然后该黑洞以挨近光速的速度向外喷发粒子流。这些喷流穿透恒星并继续进入太空。它们发作伽马射线的初始脉冲(伽玛射线是最有能量的光线),一般继续约一分钟。
当喷发流向外运动时,它们与周围的气体相互作用,并在从无线电到伽玛射线的整个光谱规模内发射光。这些所谓的余辉能够在较长波长的迸发后在长达数月,乃至数年内被检测到。
“在曩昔的几十年中,咱们对GRB的了解大部分来自调查低能时的余辉,”坐落马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的费米项目科学家Elizabeth Hays说,“现在,因为有了这些新的地上勘探技能,咱们以全新的方法看到了来自伽马射线迸发的伽马射线。”
在2019年1月14日,美国东部时刻下午4点之前,费米和斯威夫特卫星都检测到了来自天炉座的伽马射线峰值。这些使命提示地理界留意这次迸发的方位,称为GRB190114C。
(2019年2月11日和3月12日,哈勃太空望远镜拍照到了GRB 190114C及其母星系的余辉。这些图画之间的差异提醒了一个弱小的、时刻短的辉光(绿色圆圈的中心),它间隔银河系中心约800光年。中心之外的蓝色信号标明存在着火热的年青恒星,这标明这是一个螺旋星系,在某种程度上与咱们的星系类似。它坐落离咱们约45亿光年远的天炉星座。)
接到警报的一个组织是坐落西班牙加那利群岛拉帕尔玛市的首要大气伽马成像切伦科夫(MAGIC)地理台。它的两个17米望远镜都主动转向迸发点。他们发现GRB只是50秒钟就开端调查,并捕获了此次事情中迄今为止能量最大的伽马射线。
可见光的能量规模约为2至3电子伏特。2013年,费米的大面积望远镜(LAT)检测到的光达到了950亿电子伏特(GeV)的能量,这是其时从爆破中观测到的最高能量。这仅略低于100 GeV,即所谓的超高能(VHE)伽马射线的阈值。凭借GRB 190114C,MAGIC成为了第一个陈述VHE清晰发射的设备,其能量高达1万亿电子伏特(1 TeV)。这是费米迄今看到的峰值能量的10倍。
“二十年前,咱们专门规划了MAGIC来查找GRB的VHE发射,因而这对咱们的团队而言是巨大的成功,”慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所的科学家、合著者Razmik Mirzoyan说,“从GRB 190114C发现TeV伽马射线标明,这些爆破比曾经幻想的还要强壮。更重要的是,咱们的发现促进了广泛的后续举动,触及超越二十多个地理台,为GRB中作业的物理进程供给了重要的头绪。”
这中心还包含除了费米和斯威夫特外,还有NASA的NuSTAR使命,欧洲航天局的XMM-牛顿 X射线卫星,NASA / ESA 哈勃太空望远镜,以及许多地上观测站。在2月和3月取得的哈勃印象捕获了爆破的光学余辉。他们标明,爆破起源于约45亿光年以外的螺旋星系。这在某种程度上预示着当世界只要其当时年纪的三分之二时,来自GRB的光线就开端向咱们传达。
另一篇论文介绍了另一个爆破的观测成果,费米和斯威夫特于2018年7月20日发现了它们。高能立体观测体系(HESS)宣布警报十小时后,将其28米大的伽马射线望远镜指向了迸发,称为GRB 180720B。事情发作后的几周内进行了仔细分析,成果标明,HESS清楚地检测出能量高达440 GeV的VHE伽马射线。愈加有目共睹的是,在调查开端后,辉光继续了两个小时。在GRB被发现后很长时刻捕获到这种辐射既是一个惊喜,也是一个重要的新发现。
科学家置疑GRB余辉发作的大部分伽玛射线来自于喷流前缘的磁场。在场中回旋扭转的高能电子经过称为同步辐射的机制直接发射伽马射线。
(地上设备检测到的被称为伽马射线暴(GRB)高能辐射是可见光能量的1万亿倍。上图显现了最常见类型的设置。大质量恒星的中心(左)现已崩塌并构成了黑洞。这种“引擎”驱动着一股粒子流,该粒子流以简直光速穿过坍缩的恒星进入太空。一般继续一分钟或更短时刻的即时发射或许是因为喷口与重生黑洞邻近的气体相互作用以及喷口内快速移动的气体壳之间的磕碰(内部冲击波)引起的。余辉发射的发作是因为射流的前缘扫过其周围环境(发作外部冲击波),并在整个光谱中发射了一段时刻(数月至数年)的辐射,在射电和可见光的状况下,在最高的伽马射线能量下仍能调查到数个小时。关于最近的两个GRB,这远远超越了1000亿电子伏特(GeV)。)
可是,HESS和MAGIC团队均将VHE发射解释为一种共同的余辉成分,这在某种程度上预示着一定有某种额定的进程在起作用。他们说,最或许的是逆康普顿散射。高能量的电子碰击低能的伽马射线,使它们取得更高的能量。
在具体介绍费米和斯威夫特观测的论文中,研究人员得出结论,的确或许需求其他物理机制来发作VHE发射。但是,在这些使命调查到的较低能量规模内,同步辐射伽马射线的众多使发现第二个进程变得更困难。
未来将需求对GRB继续进行观测,以弄清实在的状况。新的VHE数据为了解GRB拓荒了一条新途径,MAGIC,HESS和方案中的新一代地上伽马射线望远镜将进一步扩展这一途径。