有史以来最亮的伽马射线爆发揭示了宇宙爆炸的新奥秘

2022 年 10 月 9 日，强烈的伽马射线辐射脉冲席卷了我们的太阳系，压倒了众多轨道卫星上的伽马射线探测器，并促使天文学家使用最强大的望远镜追逐研究该事件在世界上。

这个新的源，因其发现日期而被称为 GRB 221009A，结果证明是有史以来最亮的伽马射线暴 (GRB)。

在今天发表在《 天体物理学杂志快报》上的一项新研究中，GRB 221009A 的观测范围从无线电波到伽马射线，包括天体物理学中心的临界毫米波观测 | 哈佛和史密森尼在夏威夷的 亚毫米阵列 (SMA) 为数十年来了解这些极端宇宙爆炸起源的探索提供了新的思路。

GRB 221009A 的伽马射线发射持续了 300 多秒。天文学家认为，这种“持续时间长”的伽马射线暴是黑洞诞生时的叫声，它是在一颗巨大且快速旋转的恒星的核心在自身重量下坍缩时形成的。新生的黑洞以接近光速的速度发射强大的等离子体射流，刺穿坍缩的恒星并发出伽马射线。

GRB 221009A 是有记录以来最亮的爆发，真正的谜团在于最初的伽马射线爆发之后会发生什么。“当喷流撞击垂死恒星周围的气体时，它们会在整个光谱范围内产生明亮的‘余辉’光，”犹他大学物理学和天文学助理教授、该研究的主要作者坦莫伊·拉斯卡 (Tanmoy Laskar) 说。 “余辉消退得非常快，这意味着我们必须在光线消失之前迅速而灵活地捕捉光线，并带走它的秘密。”

作为使用世界上最好的射电望远镜和毫米望远镜研究 GRB 221009A 余辉的活动的一部分，天体物理学中心 (CfA) 的天文学家 Edo Berger 和 Yvette Cendes 使用 SMA 迅速收集了数据。

“这次爆发如此明亮，提供了一个独特的机会来以前所未有的细节探索余辉的详细行为和演变——我们不想错过!” 哈佛大学和 CfA 天文学教授Edo Berger说 。“二十多年来，我一直在研究这些事件，而这次事件与我观察到的第一个 GRB 一样令人兴奋。”

“由于其快速响应能力，我们能够快速将 SMA 转向 GRB 221009A 的位置，”SMA 项目科学家和 CfA 研究员 Garrett Keating说。“团队很高兴看到这个 GRB 的余辉有多亮，我们能够在它消退时继续监测超过 10 天。”

在分析和结合来自 SMA 和世界各地其他望远镜的数据后，天文学家感到困惑：毫米波和无线电波测量结果比基于可见光和 X 射线的预期要亮得多。

“这是我们收集过的最详细的数据集之一，很明显，毫米和无线电数据的表现不如预期，”CfA 研究助理 Yvette Cendes 说。“过去的一些 GRB 显示出短暂的毫米波和射电辐射过剩，这被认为是射流本身冲击波的特征，但在 GRB 221009A 中，过剩辐射的表现与过去的这些情况截然不同。”

她补充说，“我们很可能已经发现了一种全新的机制来产生多余的毫米波和无线电波。”

Cendes 说，一种可能性是 GRB 221009A 产生的强大射流比大多数 GRB 更复杂。“可见光和 X 射线可能是由射流的一部分产生的，而早期的毫米波和无线电波是由不同的部分产生的。”

“幸运的是，这种余辉非常明亮，我们将在未来数月甚至数年内继续研究它的射电辐射，”伯杰补充道。“有了这个更长的时间跨度，我们希望破译早期过量排放的神秘起源。”

独立于这个特定 GRB 的确切细节，使用毫米波望远镜快速响应 GRB 和类似事件的能力是天文学家必不可少的新能力。

“这次 GRB 的一个重要教训是，如果没有像 SMA 这样的快速射电和毫米望远镜，我们将错过关于宇宙中最极端爆炸的潜在发现，”Berger 说。“我们永远不知道什么时候会发生这样的事件会发生，所以如果我们要利用这些来自宇宙的礼物，我们必须尽可能地做出反应。”