有史以来最明亮的宇宙爆炸我们如何解开其令人费解的持久性之谜

1960年代末，美国军用卫星首次意外探测到被称为伽马射线暴(GRB)的宇宙爆炸，如今已被认为是宇宙中最明亮的爆炸。

通常，它们是遥远星系中黑洞灾难性诞生的结果。发生这种情况的一种方式是通过一颗大质量恒星的坍塌。

像我这样在该领域工作的天文学家很清楚GRB涉及的巨大能量尺度。我们知道它们在伽马射线中释放的能量与太阳在其整个生命周期中释放的能量一样多。但每隔一段时间，观察到的事件仍然让我们停下来。

2022年10月，轨道卫星Fermi和NeilGehrelsSwift天文台上的伽马射线探测器发现了一次称为GRB221009A(探测日期)的爆发。

这很快就证明是一个记录创造者。它被称为有史以来最亮的，或“船”，作为研究和观察该事件的天文学家的方便速记。船不仅开始时很亮，而且不会像其他爆发一样消失。

我们仍然不完全知道为什么爆发如此异常明亮，但我们发表在《科学进展》杂志上的新研究为其顽固的持久性提供了答案。

爆发起源于24亿光年的距离——对于GRB来说相对较近。但即使考虑到相对距离，事件的能量及其后果产生的辐射也超出了图表。对于一个宇宙遥远的事件来说，将大约1千兆瓦的能量沉积到地球上层大气中绝对是不正常的。

观察狭窄的宇宙气体射流

诸如Boat之类的GRB会发射一股以非常接近光速的速度进入太空的气体流。射流究竟是如何发射的仍然是一个谜——但最有可能的是，它涉及黑洞形成处附近的磁场。

我们看到的是这架喷气式飞机的早期发射。后来，射流减速并产生额外的辐射，一种逐渐减弱的光余辉——从无线电波到(在特殊情况下)伽马射线。

我们不直接观察喷流。相反，就像遥远的恒星一样，我们将伽马暴视为天空中的点。尽管如此，我们有充分的理由相信GRB不会在所有方向上均等地爆炸。对于GRB221009A，这肯定是不合理的，因为它涉及将地球上检测到的能量乘以所有其他方向——总计比任何恒星可用的能量都要多得多。

另一个表明伽马射线暴来自大致指向我们的喷流的迹象是由于狭义相对论。相对论告诉我们，无论光源向我们移动多快，光速都是恒定的。但这仍然允许光的方向变得扭曲。由于这种有趣的镜面效应，从快速移动的喷气机表面向各个方向发射的光最终会沿着其运动方向强烈聚焦。

也就是说，朝我们方向飞行的喷气机的边缘会稍微弯曲，这意味着它们的光线会远离我们的方向。只是后来，当射流减速时，边缘通常会出现在视野中，余辉也会开始更快地消退。

但在这里，GRB221009A再次打破了规则。它的边缘从未显示出来，它加入了一组精选的非常明亮的爆发，这些爆发拒绝正常褪色。它不是开始缓慢消退然后迅速消失，而是随着时间的推移稳步消退。

在我们的工作中，我们演示了如何以与船的观察结果相匹配的方式来模糊喷射边缘的外观。关键思想如下：是的，发射了一个狭窄的射流，但它很难逃离坍缩的恒星，导致射流两侧与恒星气体大量混合。

从模拟到观察

为了测试是否确实如此，我们采用了显示这种混合的计算机模拟结果，并将其实施在一个模型中，该模型实际上可以直接与船数据进行比较。它表明，通常情况下会迅速转变为强烈减弱的信号，现在却变成了一件旷日持久的事情。

这颗垂死恒星的激热气体发出的辐射不断出现在我们的视线中，这解释了为什么它一直如此明亮。这种情况一直在发生，直到任何典型的喷气特征在整体排放中都消失了。

这样，GRB221009A不仅证实了模拟的预期，而且还为过去看到的类似明亮事件提供了线索，在这些事件中，人们不得不不断向上修正能量估计，同时等待喷流边缘出现。

我们计算出看到如此明亮的爆发的可能性大约是一千年一次，所以我们很幸运能发现一次。但问题依然存在。例如，磁场起什么作用?

理论家和数值建模师将探索这些问题多年，搜索船数据，同时我们继续寻找下一个大事件的到来