2023年3月7日,费米伽马射线空间望远镜(FGST)探测到了一个明亮到令天文学家惊奇的信号。这一事件后来被确认为伽马射线暴(GRB),天文学家将其命名为GRB 230307A。在近期发表于《自然》杂志上的一项研究中,国际天文学家团队就对这一极其明亮的GRB进行了报道。他们表示,GRB 230307A是迄今为止探测到的第二明亮的GRB,起源于两颗距地球9亿光年之远的正在并合的中子星。
此外,通过GRB 230307A,天文学家第一次直接在恒星的遗迹中探测到了重金属的迹象。
中子星是大质量恒星坍缩后的超致密核心,被认为是宇宙中许多重金属的制造厂。中子星并合通常会产生短伽马射线暴,持续闪光时间不到两秒。而GRB 230307A的持续时间却长达200秒。这一明亮而持久的爆发立即引起了全世界天文学家的兴趣,他们将许多其他望远镜都聚焦在这一事件上。整个太阳系的卫星都探测到了伽马射线耀斑。通过对这些观测结果进行三角测量,天文学家确定了爆发的位置——在南部天空的山案座内。
在FGST最初探测到GRB 230307A后不久,研究人员又检查了凌星系外行星巡天卫星(TESS)拍摄的数据。TESS恰好指向最初探测到GRB 230307A的同一区域。通过回顾TESS的那部分数据,天文学家从头到尾追踪了它的活动。与此同时,利用位于智利的甚大望远镜(VLT),研究人员得到了与TESS相呼应的观测数据,并揭示了一个同样奇怪的模式:GRB的发射似乎很快从蓝色波长转变为红色波长。
这种模式符合千新星的特征。千新星是一种通常当两颗中子星碰撞时会发生的巨大爆炸。研究人员通过结合世界各地的观测结果,确定了这次GRB的源头可能是两颗中子星的并合。
JWST的图像显示,GRB 230307A非常奇怪,它不属于任何宿主星系。但是在其12万光年之外的附近,确实存在一个星系。这表明,这两颗中子星是被“踢”出附近的星系的。它们原本很可能是一对在双星系统中形成的大质量恒星。最终,这两颗恒星都坍缩成中子星,并在某些能量强大的事件中被“踢”出了宿主星系,导致它们抵达一个新的位置。在那里,它们慢慢地环绕在一起,并在几亿年后发生了并合。
在并合的高能辐射中,JWST还捕捉到了碲的清晰信号。碲是一种重而且轻度有毒的元素,在地球上比铂还稀有,但在宇宙中被认为应该有着丰富的含量。研究人员预计,这次并合释放出的碲相当于300个地球质量。天文学家认为,大多数恒星都能将较轻的元素一路合成到铁,但宇宙中所有其他较重的元素,都是在更极端的环境中形成的,比如中子星并合中。碲元素的存在,标志着在并合过程中一定还产生了其他密切相关的元素。
JWST对碲的探测,进一步证实了最初的伽马射线暴确实是由中子星并合产生的。
这一发现让天文学家对于重元素在宇宙中的形成地点的理解向前迈出了重要一步。这样的结果是在世界各地天文学家的共同努力下完成的,它展示了将不同波长的观测结果结合起来的力量。而尤为值得一提的是,对于JWST来说,这只是一个开始。在未来的几年里,它将能发现更多的中子星并合。届时,JWST将与其他强大的天文台一起,揭示更多有关这些极端宇宙事件的奥秘。