強大的伽瑪暴

□ 聞新 李佩冉

強大的伽瑪暴

□ 聞新 李佩冉

認識伽瑪射線暴

藝術(shù)家繪制的GRB0803198伽瑪暴，爆炸分成兩個方向相反能量的窄光束

伽瑪射線暴，又稱伽瑪暴，是來自宇宙中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內(nèi)突然增強，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，發(fā)生時可以持續(xù)100毫秒到1000秒，時變的輪廓比較復雜，往往具有多峰的結(jié)構(gòu)。伽瑪射線暴在宇宙空間的分布是各向同性的，但遠距離的伽瑪射線暴明顯少于近距離的，顯示出非均勻各向同性。伽瑪射線暴是發(fā)生在宇宙學距離上的，輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段，伽瑪射線暴也是宇宙中最亮的電磁事件，其閃光射線里包含X射線、紫外線、紅外線、微波和無線電波。伽瑪射線暴爆發(fā)過后，其射線也會在其它波段觀測到，這些其他波段的射線稱為伽瑪射線暴的余輝，根據(jù)波段不同可分為X射線余輝、光學余輝、射電余輝等。余輝通常是隨時間而指數(shù)式衰減的，X射線余輝能夠持續(xù)幾個星期，光學余輝和射電余輝能夠持續(xù)幾個月到一年。

目前，科學家對伽瑪射線暴的了解還不多，但已經(jīng)通過觀察發(fā)現(xiàn)有兩類伽瑪暴，一類是持續(xù)時間小于2秒為短暴，另一類是持續(xù)時間大于2秒為長暴。長暴的威力是恒星毀滅性爆發(fā)的50至100倍，而短暴的起落時間非常短。

了解伽瑪射線暴對地球的影響

伽瑪射線擊中地球大氣層景象（藝術(shù)家繪制）

有些科幻漫畫曾描述，伽瑪射線不會賦予地球生命超強的能力，但也不要對它掉以輕心。事實上如果伽瑪射線暴襲擊地球，它將會在瞬間毀滅所有生命。伽瑪射線暴雖然僅持續(xù)數(shù)秒時間，但是它是如此強大，如果銀河里碰巧出現(xiàn)一次這種現(xiàn)象，人類將會變成一堆白骨。

伽瑪射線爆發(fā)是宇宙中最強大的爆炸，由于遠遠大于太陽的強大威力，將會嚴重破壞地球的臭氧層。爆炸釋放出的輻射為伽瑪射線，它可破壞生命體的DNA，甚至導致行星失去大氣層等等。根據(jù)最新報道：“伽瑪射線暴可能清除了大約90%的星系空間，銀河系也曾遭受過侵襲。5億年前，它可能還襲擊過地球，導致了大量生命的滅絕?！碧煳膶W家認為，未來地球上的生命還會面臨同樣的命運，所以科學家一直呼吁人類不能永久生存在地球上，必須尋找宇宙的另一個宜居星球，作為人類延續(xù)的備胎。

怎么探測伽瑪射線暴？

2004年美國發(fā)射了1500千克的伽瑪暴快速反應探測器（也稱“雨燕衛(wèi)星”）

上個世紀60-70年代期間，美國為了監(jiān)測全球的核爆炸試驗，發(fā)射了一系列的偵察衛(wèi)星，并在這些衛(wèi)星上安裝了伽瑪射線探測器，用于監(jiān)視核爆炸所產(chǎn)生的大量的高能射線。1967年美國Vela衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)了來自遙遠宇宙空間的伽瑪射線在短時間內(nèi)突然增強的現(xiàn)象，一些伽瑪射線源會突然出現(xiàn)幾秒鐘，然后消失。這種爆發(fā)釋放能量的功率非常高，其射線的“亮度”相當于全天所有伽瑪射線源“亮度”的總和。但由于軍事保密等因素，這個發(fā)現(xiàn)直到1973年才公布出來，并很快得到蘇聯(lián)衛(wèi)星的證實。

由于伽瑪射線暴帶來的現(xiàn)象讓天文學家感到困惑，隨后美國和俄羅斯發(fā)射一系列高能天文衛(wèi)星對伽瑪射線暴進行監(jiān)視，幾乎平均每天可以觀測到1-2次的伽瑪射線暴，至今為止，人類已經(jīng)觀測到了2000多個伽瑪暴。

什么是極超新星？

極超新星爆發(fā)釋放出極高的能量（藝術(shù)家繪制）

我們知道有超新星，除此之外，還有“極超新星”，它是超新星的一種，是年老的極超巨星在臨終前的爆發(fā)，爆炸能量相當于100倍超新星爆發(fā)，科學家已經(jīng)將所有極超巨星發(fā)生的爆發(fā)全部歸入極超新星的范疇。

透過近幾年的多次觀測結(jié)果，人們對伽瑪射線暴的了解逐漸增多。極超新星的威力比一般的超新星要大得多，爆發(fā)后剩下的核心會直接塌縮為黑洞，在黑洞自轉(zhuǎn)的兩極會以接近光速射出高能量等離子體，沖擊著伽瑪射線。所以，科學家認為這種等離子體就是伽瑪射線暴的源頭之一。在銀河系內(nèi)平均每兩億年便會出現(xiàn)一顆極超新星，由于極超新星會演變?yōu)楹诙吹某扌堑臄?shù)量極少，極超新星爆發(fā)的現(xiàn)象也同樣極少。

什么是暗暴？

發(fā)生在恒星形成區(qū)域的暗暴（藝術(shù)家繪制）

伽瑪射線暴是宇宙最大的爆炸，也能產(chǎn)生足夠多的宇宙最明亮的光，天文學家在地面利用望遠鏡能很容易地探測到數(shù)十億光年遠的伽瑪暴。然而，十幾年來，一直困擾天文學家的問題是“暗暴”。暗暴也有伽瑪射線或x射線，但他們不是可見光，自從2004年美國發(fā)射雨燕衛(wèi)星探測到暗暴以來，人類發(fā)現(xiàn)在伽瑪射線暴中，暗暴大約占一半。

天文學家發(fā)現(xiàn)暗暴在較厚的氣體塵云區(qū)域之中，伽瑪暴發(fā)出的可見光幾乎完全被塵云吸收，但伽瑪射線和不可見的X射線可以穿透塵云，但這種塵云區(qū)域通常呈現(xiàn)出一種綠色和黑色的狀態(tài)。

暗暴的發(fā)現(xiàn)歸功于美國、英國和意大利共同研制的伽瑪暴快速反應探測器，以及幾個地面觀察站，才讓天文學家發(fā)現(xiàn)和理解暗暴，并激發(fā)天文學家在塵埃區(qū)域繼續(xù)尋找隱藏的恒星起源線索。

伽瑪射線暴是怎樣產(chǎn)生的？

兩個中子星合并后的模擬圖（中心位置為一個黑洞或大質(zhì)量中子星，紅色為合并后殘留物，橙色為高能粒子，藍色合并過程中向外高速拋出物，黃色光束即伽瑪暴。右下角兩張小圖分別為GRB 140903A的光學視角（左）和X射線視角（右）下的情景。

關(guān)于伽瑪射線暴的產(chǎn)生，一部分天文學家認為它是在大質(zhì)量恒星演化為黑洞的過程中產(chǎn)生的，也有另一部分天文學家猜測它是兩個致密天體如中子星或黑洞的合并產(chǎn)生的。

1998年， 人 類 發(fā) 現(xiàn) 伽 瑪 暴GRB980425與一個超新星（超新星是某些恒星在演化接近末期時經(jīng)歷的一種劇烈爆炸）SN lb/lc 1998bw 相關(guān)聯(lián)。這是一個重要的發(fā)現(xiàn)，暗示伽瑪暴的產(chǎn)生可能是因為大質(zhì)量恒星的死亡。2002年，一個英國的研究小組研究了由XMM-牛頓衛(wèi)星對2001年12月的一次伽瑪暴的長達270秒的X射線余輝的觀測資料，發(fā)現(xiàn)了伽瑪暴與超新星有關(guān)的證據(jù)。進一步的研究揭示，普通的超新星爆發(fā)有可能在幾周到幾個月之內(nèi)導致伽瑪射線暴。

目前大質(zhì)量恒星的死亡會產(chǎn)生伽瑪暴這一觀點已經(jīng)得到普遍認同，而在2016年7月，錢德拉X射線天文臺宣布，天文學家們從140903A伽瑪暴中發(fā)現(xiàn)了迄今為止最強有力的證據(jù)來證明猛烈的天體碰撞合并是伽瑪射線噴流的來源，可能是兩顆中子星，也可能是一顆中子星和一個黑洞碰撞合并。

近幾十年來，天文學家們稱已經(jīng)通過短伽瑪射線暴觀察到了這些碰撞合并，但錢德拉X射線天文臺指出，天文學家們可能錯過了其中的大部分，因為碰撞產(chǎn)生的噴射流很窄，該噴射產(chǎn)生的伽瑪射線光束如果不指向探測器的觀測范圍，就不會被檢測到。

下期預告：羲和駕馭、六龍牽拉，太陽每日行走起落，在天幕勾勒出一道道柔和線條。蓮足輕點，所過之處便肆意地開出和諧的色彩，日出時柔美，日落時絢爛。為什么它的光芒時而鮮紅時而豐富？時而又狡黠地發(fā)出探照燈似的光束？只有真心付出大愛的人們才能幸運地看見它創(chuàng)造的綠閃光？星星的光會閃爍，而行星的光卻持久？黃道光又來自哪里？下期題目為“天體想象”，將為大家一一陳述。