焦点快播：天文学家发现一次神秘的宇宙爆炸 挑战学界对宇宙的理解

伽马射线暴是宇宙中最强烈的爆炸，通常是由恒星坍缩或紧凑的恒星残骸碰撞引起的。然而，最近的一项发现对这种认识提出了挑战，因为它不符合这两个类别中的任何一个。来自尼尔斯-玻尔研究所的天文学家在这项研究中发挥了作用，该研究有可能修正目前关于这些强大事件的理论。

(资料图片)

Daniele Bjørn Malesani当时正在使用加那利岛拉帕尔马岛的北欧光学望远镜对一个名为GRB 211211A的伽马射线暴进行例行跟踪观测。在收到由监测天空中伽马射线暴的航天器"尼尔-盖尔斯-斯威夫特天文台"自动触发的短信后，这是一个标准程序。

哈勃太空望远镜对伽玛射线暴GRB 211211A的位置及其周围环境的视角。放大图显示了爆发的余辉，这是用夏威夷的双子座北望远镜观察到的。引起爆发的双星系统很可能是在过去从其左侧的大蓝星系中喷射出来的。资料来源：国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani; NASA/ESA

马莱萨尼是荷兰拉德堡大学的一名天文学家，也是哥本哈根宇宙曙光中心的客座研究员。他从事伽马射线暴的观察，这是宇宙中能量最强的爆炸。但要了解什么是不正确的，首先让我们看看什么是"伽马射线暴"。

伽马射线暴是最有能量的光的短暂和超亮的闪光，即伽马射线。它们大多在非常遥远的宇宙中被探测到，通常分为两类，被认为是由两种不同的物理情景产生的。

"长"爆发通常持续几秒钟到几分钟，但往往伴随着能量较低的光的更持久的余辉。它们出现在星系中最多的恒星形成区域，被认为是一颗大质量的恒星坍缩成一颗紧凑的中子星或黑洞，在一次巨大的爆炸中喷射出其外部部分，类似于超新星。

北欧光学望远镜位于拉帕尔马的2400米高的山顶Roche de los Muchachos。资料来源：Peter Laursen（宇宙曙光中心）

"短"爆发甚至更加短暂，典型的持续时间为1/10到1秒。它们经常被看到偏离星系中心，甚至是在星系之外。普遍的理论是，它们是两颗大质量恒星在"双星"系统中相互环绕的结果。在某些时候，它们作为超新星爆炸，把它们踢出了它们的主星系。然而，最终，这两个物体会螺旋式上升并合并，导致伽马射线暴。

在这两种情况下，所释放的能量都是令人震惊的。在它们的高峰期，它们的光芒可以和可观测到的宇宙中所有的恒星加起来一样亮（假设它们在各个方向上发出的光是一样的；实际上，它们很可能在某种程度上不那么亮，但在狭窄的喷流中发出大部分的光，我们恰好在这个方向上）。

伽马射线暴最早是在1967年由Vela卫星发现的，该卫星是为了监测天空中可能的核武器试验而建造的，这将是对1963年《禁止核试验条约》的违反。最初被认为是来自我们银河系内的附近来源，在20世纪90年代，更敏感的空间观测站发现，它们必须来自银河系以外的地方，分布在整个宇宙中。

伽马射线暴的瞬时性使它们难以研究，但从20世纪90年代末开始，天文学家已经能够探测到它们能量较小的余辉，从X射线到光学，再到红外线，帮助建立了它们的起源理论。

伽马射线暴有两个版本，"短"和"长"，到目前为止，人们认为它们是由两种不同的物理机制产生的，即两个紧凑物体的合并和一个大质量恒星的坍缩，分别。随着新的观测结果，这一理论现在受到了挑战。

那么，马莱萨尼观察到的爆发，即GRB 211211A的问题是什么？它似乎两者都不符合。"观测结果显示，该爆发起源于一个典型的承载短波的星系之外。但这不是一毫秒或几秒钟，而是持续了将近一分钟，"Malesani说。

这个奇特的事件促使一个国际天文学家小组，在美国西北大学的Jillian Rastinejad的领导下，开始了一个密集的活动来研究这个令人惊讶的物体。这些努力导致完全出乎意料地发现了一个所谓的千新星，这是两个中子星，或者一个中子星和一个黑洞碰撞的烟幕证据。

双中子星合并被广泛认为是短伽马射线暴的始作俑者。为什么这一次反而出现了一个长的爆发，这让天文学家们感到困惑。

千新星被认为是创造重元素的主要机制，如贵重的银、金和铂，放射性的钚和铀，以及其他许多元素。与物理学中的情况一样，千新星星是长伽马射线暴的原因的确切证据并不存在。

然而，当天文学家对他们的解释充满信心，这是由几种情况支持的。宇宙曙光中心的教授和该研究的参与者Johan Fynbo解释说。

"爆发的余辉显示了与千新星星相一致的颜色和特征，这在任何其他类型的天体中都没有看到过。此外，我们不会期望在一个星系之外看到一颗坍缩的恒星，因为走这么远的路需要数亿年，而大质量恒星的坍缩时间尺度不到1000万年。"

但是原则上，GRB 211211A可能是一个微弱的或有灰尘的、未被发现的星系内的一颗塌缩星，尽管哈勃的图像确实非常深，应该看到这一点。Fynbo说："用智利更敏感的ALMA射电望远镜或James Webb太空望远镜进行后续观测，将能够解决这个问题。"

如果这个解释被证明是正确的，它不仅为千新星形成重元素开辟了一个令人兴奋的新机制。这也是在长爆发的位置寻找新的千新星的强大动力。

"对我们来说，千新星是一个相对较新的、未被探索的现象；到今天为止，我们只探测到几个，"丹尼尔-比约恩-马莱萨尼解释说。"因为我们没有想到它们会与长爆发有关，所以我们没有在那里寻找它们，但是现在我们知道，大自然比我们以前想象的更有办法"。

从2006年的一项研究中，三位天文学家得到了一个暗示，即碰撞的中子星可能能够保持其引擎活跃的时间超过几秒钟。但是在没有探测到千新星的情况下，证据一直是混乱的。一种理论认为，崩溃的中子星可能旋转得如此之快--在光速的相当大的一部分--以至于离心力可以维持合并后的物体一小段时间，并推迟其黯淡的命运。

未来对更多来自千新星的长爆发的观测将告诉我们更多关于这个令人兴奋的现象。

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