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天文学家发现最短暂的超新星伽马射线爆发

2021-07-27 10:28          伽马射线暴 伽马射线
这张插图描绘了一颗正在坍缩的恒星,它正在产生两个短的伽马射线射流。就在一颗大质量、坍塌的恒星爆炸为超新星之前,如果喷射流指向地球,我们经常会观察到伽马射线爆发(伽马射线辐射的短暂爆炸)。大多数已知的超新星产生的伽马射线暴都是“长”的(持续时间超过两秒),但一个叫做 GRB 200826 的暴是“短的”(仅持续 0.6 秒)。天文学家认为这一点,以及其他可能由超新星产生的短伽马射线爆发,看起来很短,因为伽马射线射流的强度不足以完全逃离恒星。这将产生长度和持续时间都更短的喷射。图片来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J。达席尔瓦

天文学家发现了由大质量恒星内爆引起的有史以来最短的伽马射线暴(GRB)。天文学家利用国际双子座天文台(NSF 的 NOIRLab 项目)将这 0.6 秒的伽马射线风暴的原因确定为遥远星系中的超新星爆炸。由超新星引起的 GRB 的长度通常是其两倍以上,这表明一些较短的 GRB 实际上可能是冒名顶替者——超新星产生的 GRB 变相。

伽马射线暴 (GRB) 是宇宙中最明亮、最活跃的事件之一,但科学家们仍在弄清楚究竟是什么导致了这些转瞬即逝的事件。天文学家根据持续时间将 GRB 分为两大类。短伽马射线暴在不到两秒的时间内燃烧起来,被认为是由双中子星合并引起的。那些持续时间更长的被归类为长伽玛暴,并且与大质量恒星内爆引起的超新星爆炸有关。然而,最近在超新星中产生的最短 GRB 的发现表明,GRB 并不能完美地装入天文学家为它们创造的盒子中。

“这一发现代表了在大质量恒星坍缩期间由超新星引起的最短伽马射线发射,”领导这项研究的博士托马斯·阿乌玛达 (Tomás Ahumada) 评论道。马里兰大学的候选人和美国宇航局戈达德太空飞行中心的天文学家。“它只持续了 0.6 秒,它处于伽马射线爆发成功和失败之间的边缘。”

该团队认为,这颗和其他一些与超新星相关的伽马射线暴看起来很短,因为从坍缩恒星的两极射出的伽马射线射流不足以完全逃离恒星——几乎没有产生伽马射线暴——而其他坍缩恒星恒星有如此微弱的喷流,以至于它们根本不会产生伽玛暴。

这一发现也有助于解释一个天文之谜。长伽玛暴与特定类型的超新星(称为 Ic-BL 型)有关。然而,天文学家观察到的这些超新星比长伽玛暴多得多。与超新星相关的最短 GRB 的发现表明,这些由超新星引起的 GRB 中的一些伪装成被认为是由中子星合并产生的短 GRB,因此不被算作超新星类型。

天文学家使用夏威夷的双子座北望远镜确定了令人惊讶的短时间伽马射线爆发的原因。来源是超新星爆炸,通常会产生长伽马射线暴 (GRB)。天文学家现在认为这个和许多其他短伽玛暴实际上是变相的超新星产生的伽玛暴。他们怀疑这些伽马射线暴看起来更短,因为它们的伽马射线射流不足以完全逃离坍缩的恒星。图片来源:国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J。达席尔瓦/美国宇航局/戈达德太空飞行中心

“我们的发现表明,由于我们观察到的这些超新星比长伽马射线暴多得多,因此大多数坍缩恒星无法产生突破坍缩恒星外层的伽玛暴射流,”Ahumada 解释说。“我们认为这一事件实际上是一场失败,几乎完全没有发生。”

由于夏威夷双子座北部双子座多目标光谱仪的成像能力,该团队能够确定这个 GRB——被识别为 GRB 200826A——起源于超新星爆炸。研究人员在 2020 年 8 月 26 日由包括美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜在内的天文台网络首次探测到伽玛暴的主星系 28、45 和 80 天后,研究人员使用双子座北获取了图像。尽管爆炸发生在 66 亿光年外的星系中,但双子座的观测使团队能够发现标志着超新星爆发的能量上升。

“这是一项复杂的工作,因为我们需要将已经微弱的星系的光与超新星的光分开,”Ahumada 说。“双子座是唯一能够以足够灵活的时间表进行此类后续观测的地面望远镜,让我们可以进行观测。”

这一结果表明,仅根据持续时间对 GRB 进行分类可能不是最好的方法,需要额外的观察来确定 GRB 的原因。

“我们最初是在寻找合并的中子星,它们被认为会产生短伽马射线爆发,”Ahumada 补充道。“然而,一旦我们发现了 GRB 200826A,我们就意识到这次爆发更有可能是由坍缩恒星的超新星引起的,这是一个惊喜。”

NSF 双子座项目官员 Martin Still 说:“双子座天文台继续揭示发生在遥远宇宙的这些令人难以置信的爆炸的性质。” “未来十年使用的专用仪器将保持双子座在这些令人敬畏的宇宙事件的后续行动中的领导地位。”

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