“太空火花”之謎

志成

發(fā)送到太空的設(shè)備向地面?zhèn)骰亓艘环@心動魄的圖像：宇宙邊緣突然出現(xiàn)了一道明亮而短暫的光束，發(fā)出的光芒比空中任何恒星都耀眼，整個過程只持續(xù)了幾秒就消失了……

1967年7月2日，美國用于監(jiān)視別國秘密核試驗的兩顆國防衛(wèi)星觀測到了此次爆炸現(xiàn)象，科學(xué)家們說這是來自某個未知天體的伽馬射線暴，他們把它比作令人迷惑的“太空火花”。

伽馬射線是電磁波譜上最強的輻射形式。以前人們只知道從放射性原子核和太陽磁暴中會散發(fā)出大量伽馬射線，但這次卻看到了來自宇宙邊緣的伽馬光束。芝加哥大學(xué)的天體物理學(xué)家蘭姆說：“這是我們所知道的最奇異的天文現(xiàn)象?！?/p>

從那時起，科學(xué)家們就開始設(shè)法解釋伽馬射線的爆發(fā)。他們對這種現(xiàn)象的起因提出了一百多種模式，其中一些說法十分牽強，例如“彗星-反彗星”的湮滅和星球大戰(zhàn)等。

現(xiàn)在，大多數(shù)科學(xué)家認為伽馬射線是在一顆高速旋轉(zhuǎn)的巨大恒星向內(nèi)坍縮形成坍縮星的過程中放射的。坍縮星是超新星的一種，其巨大的質(zhì)量和極高的旋轉(zhuǎn)速度使它更快、更徹底地走向毀滅。

電腦模擬的過程顯示，這種恒星內(nèi)爆時產(chǎn)生的巨大熱量會形成兩股物質(zhì)和能量噴流，分別向坍縮旋轉(zhuǎn)平面的上方和下方噴射。

這兩股相對的物質(zhì)能量噴流以接近光速的速度運動，其中的能量和碎片互相撞擊，加劇了某種震動效果，由此導(dǎo)致的能量瞬間轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了伽馬射線。盡管超新星爆發(fā)一般可持續(xù)幾周或幾個月，但由一顆坍縮星能量匯聚成的一次伽馬射線暴通常只能持續(xù)20秒。

20世紀(jì)90年代初，NASA的康普頓伽馬射線天文臺一年記錄了大約400次爆發(fā)，但儀器不能確定它們在太空中的爆發(fā)位置。

尋找伽馬射線暴的源頭就像在球場中尋找是誰把一粒花生擲到你頭上一樣困難——爆發(fā)前沒有任何跡象，可能的來源太多，沖擊力提供的目標(biāo)軌跡也很模糊。自人們發(fā)現(xiàn)伽馬射線暴以來，在觀測到的數(shù)千次爆發(fā)中，查明來源的寥寥可數(shù)。

情況出現(xiàn)轉(zhuǎn)機是在2007年，一顆名為Bep-poSAX的意大利-荷蘭人造衛(wèi)星觀測到一次爆發(fā)的余暉——由殘留的x射線、可見光和無線電波組成，伽馬射線消失后它們一般可以持續(xù)幾天甚至數(shù)月。這種余暉為解釋天文學(xué)上伽馬射線的生成提供了有力的線索。

與短暫的爆發(fā)相比，余暉的持續(xù)時間要長得多，天文學(xué)家因而來得及計算爆發(fā)源頭的距離和方向。人們對余暉的研究已經(jīng)證實，伽馬射線暴不僅是一種最明亮、能量最高的爆發(fā)現(xiàn)象，也是可觀測到的最遙遠的爆發(fā)現(xiàn)象。目前已知的最遠一次爆發(fā)發(fā)生在近120億光年以外，其射線是在銀河系誕生以前釋放出來的。

伽馬射線暴發(fā)生在遙遠距離以外，這是可以說得通的，因為早期的宇宙可以放射伽馬射線的高質(zhì)量旋轉(zhuǎn)恒星可能比現(xiàn)在多。2002年4月，一個由各國天文學(xué)家組成的科研小組提供了迄今最有力的證據(jù)，他們觀測到一次具體的爆發(fā)確實伴隨著一顆大恒星的消亡。但是，伽馬射線暴和超新星的關(guān)系仍然不夠明確。

在此之前，NASA在2000年發(fā)射的一顆人造衛(wèi)星——高能瞬時探測器（HETE-2）的觀測結(jié)果可能會給伽馬射線暴的追隨者們一些啟示。

HETE-2是人類發(fā)射到太空的最靈敏的伽馬射線探測儀器。它可以在爆發(fā)的幾秒之內(nèi)計算出爆發(fā)位置，并把坐標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給像珍珠項鏈一樣環(huán)赤道而設(shè)的地面接收站，接收站立即向麻省理工學(xué)院控制中心提供消息，后者再通知全球各地的伽馬射線愛好者。幾分鐘后，地面和太空的望遠鏡就能把HETE-2的觀測范圍擴展到其他波長范圍。

截至目前，HETE-2已經(jīng)捕獲了17次清晰的爆發(fā)，但有些爆發(fā)不符合預(yù)測形式。例如觀測到的第5次爆發(fā)過于短暫，用坍縮星理論難以解釋。這些轉(zhuǎn)瞬即逝的爆發(fā)，持續(xù)時間不到1秒，卻比持續(xù)時間長的爆發(fā)釋放出更大的沖擊力。

HETE-2和其他太空設(shè)備還觀測到由X射線和伽馬射線構(gòu)成的短暫的混合閃光。人們發(fā)現(xiàn)其余暉也各具特點，有些以可見光形式發(fā)送，有些則以x射線和無線電波形式發(fā)送。

一些科學(xué)家認為，未來10年里，人們將展開另外三個伽馬射線項目來幫助解開謎題。同時，HETE-2收集的數(shù)據(jù)似乎引發(fā)了對這種最耀眼“太空火花”起源的新一輪討論。甚至坍縮星理論的創(chuàng)建者也承認，單純一種來源不可能解釋新發(fā)現(xiàn)的各式各樣伽馬射線暴的“太空火花”之謎。endprint