从恒星耀斑到伽⻢射线暴——看宇宙间那⼀场场盛⼤的“烟花表演”

作者: 刘霞

来源: 《科技⽇报》

发布日期: 2023-08-25 17:01:25

本文介绍了宇宙中几种剧烈的能量释放现象,包括恒星耀斑、伽⻢射线暴(GRB)、快速射电暴(FRB)和千新星,这些现象展示了宇宙的极致绚丽,同时也揭示了宇宙的奥秘。

夜空看起来⾮常宁静,但⽤⼀台可在⼏天内扫描整个天空的望远镜凝视太空,我们就会⻅证⼀场场盛⼤的“烟花表演”:从恒星耀斑到伽⻢射线暴(GRB),从快速射电暴(FRB)到千新星,这些宇宙间盛⼤的“烟⽕”向我们展示宇宙极致绚丽的同时,也在向我们讲述着宇宙的奥秘。

恒星耀斑是恒星⼤⽓中最剧烈的爆发现象之⼀,指恒星表⾯局部区域突然释放出极⾼能量的过程。

在此过程中,恒星会在多个波段释放出强烈的电磁辐射,同时还会出现剧烈的⾼能粒⼦辐射。当太阳发⽣耀斑时,我们会看到其突然变亮,然后迅速恢复平静。类似的事情也发⽣在各种质量⼤⼩不⼀、温度和光度不同的恒星中。科学家已经知道太阳耀斑出现的原因:构成太阳的旋转⽓体携带磁场,由于太阳外层的对流和太阳⾃转,使得这些⽓体不停地运动,磁⼒线不断被拉伸和纠缠。

当这些磁⼒线彼此接触并合并时,会释放出⼤量能量,它加热太阳周围的⼤⽓层并使粒⼦加速运动,导致突然爆发。

千新星是碰撞中⼦星产⽣的⼤爆炸。当两颗中⼦星围绕⼀个共同的质⼼运⾏时,系统会以引⼒波的形式释放能量。最终,两颗中⼦星相撞,科学家在电磁光谱的可⻅光、红外和伽⻢射线部分会看到强烈的闪光。千新星是近些年引⼊的天⽂学术语,因为其峰值亮度⾼达经典新星的1000倍。科学家对千新星的了解⼤多来⾃双中⼦星并合产⽣的引⼒波事件GW170817,其证实了⼀些关于千新星的假设。

2007年,天⽂学家⾸次发现了FRB,这是来⾃遥远星系的强⼤的⽆线电脉冲,持续时间为⼏毫秒。起初,他们很不解:什么事件能在⼏分之⼀秒内释放出与太阳辐射10万年⼀样多的能量?2012年,⼜⼀个重复的FRB闯⼊天⽂学家的视野。截⾄2023年7⽉,⼈们总共观测到了675次FRB。FRB如此短暂、强烈和明亮,科学家认为,其源头的物质分布必须⾮常致密。

⽽且,鉴于FRB呈极化状态,因此源头必须具有⾮常强的磁场。在此基础上,科学家普遍认为FRB是由被称为磁星的强磁化年轻中⼦星爆发⽽来。

伽⻢射线是能量最⾼的光,GRB是⼈们⻅过的最亮、能量最⾼的瞬态光⼦爆发事件。它们可以持续⼏毫秒到⼏分钟。鉴于它们也经常在X射线、光学和⽆线电发射中“露出⻢脚”,科学家因此能研究它们的来源。⽬前,科学家发现了两种不同的GRB。

⻓GRB持续时间为2—60秒,被认为由核⼼坍塌的超亮超新星产⽣。这种坍塌形成了⼀个⿊洞,将恒星的残余物搅成强⼤的喷流。⽽短GRB持续时间不到2秒,与中⼦星和⿊洞等致密物体的并合有关。GRB不断给⼈类带来惊喜。2022年10⽉9⽇,天⽂学家发现了迄今最剧烈爆发的⻓GRB,并将其命名为BOAT,它可能是⼈类⽂明开始以来,宇宙向地球发射的最亮信号。

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