伽馬射線暴一直以來(lái)被人們稱為宇宙最強(qiáng)射線，然而關(guān)于它本身仍圍繞著許多謎團(tuán)。近日，俄羅斯下諾夫哥羅德應(yīng)用物理研究所教授葉夫根尼·德里希夫和以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)教授茨維·皮蘭通過(guò)整合觀測(cè)資料，揭示了伽馬射線暴的輻射機(jī)制的細(xì)節(jié)。

　　此次發(fā)現(xiàn)源于日前探測(cè)到的 GRB 190114C，這是 45 億年前遙遠(yuǎn)星系中的一次耀眼的爆炸。科學(xué)家利用位于西班牙的 MAGIC 大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡首次探測(cè)到了伽馬射線暴甚高能光子的輻射，并揭示了這些光子的輻射模型。

　　黑洞形成后的能量爆發(fā)

　　“伽馬射線暴，又稱伽馬暴，是宇宙中一種伽馬射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授王祥玉在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，伽馬暴的時(shí)間不長(zhǎng)，通常只有幾十秒，能量主要來(lái)自伽馬射線。伽馬射線是波長(zhǎng)小于 0.1 納米的電磁波，是一種比X射線能量還高的輻射。

　　人類首次探測(cè)到伽馬暴，是 1967 年美國(guó) Vela 衛(wèi)星在核爆炸監(jiān)測(cè)過(guò)程中由克萊貝薩德?tīng)柕热藷o(wú)意中發(fā)現(xiàn)的。自此，伽馬暴便成為了人們一直關(guān)注的焦點(diǎn)，幾顆專用衛(wèi)星隨即發(fā)射用于探測(cè)伽馬暴的起源。截至 2015 年，人們已經(jīng)觀測(cè)到了 2000 多例伽馬暴。

　　伽馬暴分為時(shí)間小于 2 秒的短暴與時(shí)間大于 2 秒的長(zhǎng)暴。起源不同，伽馬暴的性質(zhì)就不同。目前科學(xué)界對(duì)這兩類伽馬暴的起源問(wèn)題已經(jīng)有了比較清楚的認(rèn)知。

　　長(zhǎng)暴一般被認(rèn)為是在超大質(zhì)量恒星耗盡核燃料時(shí)發(fā)生的。當(dāng)恒星的核心坍縮為黑洞后，像噴泉一樣的物質(zhì)噴流以接近光速的速度向外沖出，這個(gè)過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生伽馬射線爆發(fā)。而短暴，研究人員認(rèn)為，是由兩個(gè)中子星碰撞產(chǎn)生的。當(dāng)兩個(gè)中子星碰撞時(shí)也會(huì)產(chǎn)生黑洞，像長(zhǎng)暴一樣，也有噴流以接近光速的速度向外沖出，進(jìn)而形成伽馬暴。

　　物理學(xué)家通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)強(qiáng)大的伽馬暴能夠殺死一定范圍內(nèi)的宇宙生命。發(fā)生在 4.5 億年前的奧陶紀(jì)大滅絕是地球五大歷史事件之一，導(dǎo)致海洋物種數(shù)量急劇下降。有證據(jù)表明，這一巨變發(fā)生在冰河時(shí)代，而伽馬射線爆發(fā)可能是觸發(fā)此次大規(guī)模滅絕事件的原因之一。

　　來(lái)自早期宇宙的高能閃光

　　伽馬暴之所以廣受關(guān)注，是因?yàn)樗奈锢項(xiàng)l件比較極端。一方面是伽馬暴在短時(shí)間內(nèi)釋放的能量很大。“由于單位時(shí)間內(nèi)釋放巨大能量，伽馬暴是宇宙中最明亮的爆炸，是來(lái)自外太空的短暫而強(qiáng)烈的高能輻射閃光。”王祥玉說(shuō)。另一方面是噴流的速度特別快，接近光速。這些極端條件使伽馬暴成為目前天文學(xué)中比較重要的研究領(lǐng)域之一。由于伽馬暴形成于宇宙早期階段，科學(xué)家們可以利用它來(lái)研究早期宇宙的性質(zhì)。

　　此次探測(cè)到的 GRB 190114C 伽馬暴是一個(gè)長(zhǎng)暴，形成于恒星坍縮。與此前探測(cè)的伽馬暴不同，科學(xué)家從這次伽馬暴中第一次探測(cè)到了甚高能伽馬射線，最高能量達(dá) 1012 電子伏特的伽馬射線，其能量是之前所有探測(cè)到的最高能量光子的 10 倍。

　　“以前探測(cè)到的伽馬暴的光子能量相對(duì)比較低，這是電子同步輻射驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，也就是電子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的輻射，這種情況比較常見(jiàn)。但是此次探測(cè)到的甚高能伽馬射線光子，能量并不是來(lái)自同步輻射，而是來(lái)自電子的逆康普頓散射。”王祥玉說(shuō)道。

　　所謂逆康普頓散射，是指高能電子與低能光子相碰撞而使低能光子獲得能量的一種散射過(guò)程。因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了甚高能伽馬射線來(lái)自逆康普頓散射，才使科學(xué)家們能夠區(qū)分不同的發(fā)射模型。

　　王祥玉表示，雖然 GRB 190114C 是第一個(gè)明確無(wú)誤地探測(cè)到逆康普頓散射成分的伽馬暴。但在這之前，他們就發(fā)現(xiàn)有一個(gè)伽馬暴(GRB 130427A)顯示出逆康普頓散射的跡象，只是沒(méi)有 GRB 190114C 那么明確?，F(xiàn)在，他們團(tuán)隊(duì)的一篇文章獨(dú)立地提出了逆康普頓散射機(jī)制，并對(duì) GRB 190114C 多波段的數(shù)據(jù)進(jìn)行了更嚴(yán)格和全面的解釋，該成果已提交到預(yù)印本平臺(tái) arXiv 網(wǎng)站上。

　　據(jù)了解，我國(guó)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施—高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO)也在致力探測(cè)伽馬暴的甚高能光子，未來(lái)很有希望取得突破性進(jìn)展。
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