来自遥远星系中爆炸恒星的两次伽马射线爆发向地球发射了迄今为止从其中一次爆炸中探测到的能量最高的光子。大量的光粒子揭示了所谓的长伽玛射线爆发——宇宙中最强大的爆炸之一——是如何产生如此高能的光子的。

 

“这是伽玛射线爆发的罗塞塔石碑，”耶路撒冷希伯来大学的天体物理学家Tsvi Piran说，他没有参与这项研究。

 

长时间的伽马射线爆发，或称grb，标志着大质量恒星的死亡，因为它爆炸后留下了中子星或黑洞。(另一方面，短grb伴随着中子星之间的碰撞，沐鸣平台登陆线路2017年引力波探测器捕捉到的碰撞(SN: 10/16/17)。)到目前为止，从长GRB辐射出的能量最大的光子通常达到几百万电子伏特的能量，大约是我们肉眼所能探测到的光子能量的一百万倍。

 

那个记录已经被打破了。2018年7月，赫斯天文台在距离纳米比亚首都温得和克西南约100公里处，记录了GRB初始爆发10小时后产生的电子伏特在1000亿到4400亿伏特之间的光子。6个月后，也就是2019年1月，位于拉帕尔马的加那利岛的两座魔法望远镜看到了一次不同的爆发，并捕获了能量高达1万亿电子伏的光子。之前GRB的记录保持者是2013年在一次伽马射线爆发中探测到的940亿电子伏特的单个光子(SN: 11/21/13)。这项新发现发表在11月20日出版的《自然》杂志上的三篇论文中。

 

神奇望远镜

 

位于西班牙加那利群岛的双魔望远镜(一个剪影)记录了迄今为止从伽马射线爆发中观测到的最活跃的光子，这是NASA的雨燕和费米伽马射线天文台首次探测到的，这两架望远镜在这张合成图中漂浮在空中。

 

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“有理论预测grb应该有(非常高能量的光子)，但事情非常不确定，”慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所的天体物理学家Razmik Mirzoyan说，他领导了2019年爆发的研究。这些理论为磁场、电子和环境光如何在GRB爆炸产生的碎片中相互作用产生伽马射线提供了不同的解释。为了验证这些想法，几支团队多年来一直在寻找高能伽马射线，米尔佐扬说。“我们尝试了15年，但从未成功。”

 

他们的新发现揭示了GRB光子是如何变得如此活跃的。爆炸产生的冲击波将电子加速到接近光速并产生磁场。电子绕着磁力线运动，发射出能量相对较低的光子。这些光子，以及从其他星系经过的其他光子，随后通过反弹并从这些高速电子中窃取能量而获得能量提升。正是这最后一步，被称为逆康普顿散射，给了一些GRB光子它们的极端能量。

 

“这个基本理论在20多年前就提出了，但是没有证据，”Piran说。“他们得到它真是太好了。”

 

这一发现得益于两起爆炸的相对接近。2018年爆发的光花了大约60亿年才到达地球;2019年的爆炸大约需要45亿年。虽然这两个爆发都远远超出了我们的银河系范围，但它们比典型的grb要近得多。

 

GRB的解剖

 

在一颗爆炸的恒星爆炸后，冲击波撞击周围的气体并使电子加速，从而产生高能的伽马射线，这是最近首次探测到的。爆炸还会发出波长跨越电磁波谱的光。

 

射线爆发图

 

美国宇航局的戈达德太空飞行中心

 

极端的光子揭示了一些关于grb的趣闻。要使逆康普顿散射起作用，低能光子需要有良好的几率遇到电子。德国海德堡马克斯普朗克核物理研究所(Max Planck Institute for Nuclear Physics)天体物理学家埃德娜·鲁伊兹-贝拉斯科(Edna Ruiz-Velasco)研究了2018年的爆炸，她说，“这说明在爆炸周围有一个非常稠密的介质”。

 

天文学家似乎也低估了GRB所能承载的能量。米尔佐伊安说，沐鸣平台登陆线路grb发射的光跨越整个电磁光谱——从无线电波到伽马射线——2019年的爆发将同样多的能量注入到它的极端伽马射线光子中，就像它注入更多的x射线一样。他说，这将使grb的总能量增加约三分之一，而grb的总能量已经相当于太阳一生的总能量输出。