短伽马射线暴追溯到更远的宇宙

西北大学领导的天文学家团队开发了迄今为止最广泛的短伽马射线暴(SGRB)起源星系清单。研究人员使用多种高度灵敏的仪器和复杂的星系建模，确定了84个短暴的星系家园，并探测了69个已识别宿主星系的特征。在他们的发现中，他们发现大约85%的研究短暴来自年轻的、活跃的恒星形成星系。

天文学家还发现，更多的短暴发生在更早的时期，那时宇宙比以前已知的要年轻得多，而且距宿主星系中心的距离也更远。令人惊讶的是，在远离宿主星系的地方发现了几个SGRB——就好像它们被“踢出”了一样，这一发现引发了人们对它们如何能够旅行到如此远的地方的疑问。

“这是有史以来最大的SGRB宿主星系目录，因此我们预计它会成为未来许多年的黄金标准，”领导这项研究的西北大学研究生AnyaNugent说，他专注于对宿主星系进行建模。“建立这个目录并最终拥有足够多的宿主星系来观察模式并得出重要结论，这正是该领域推动我们理解这些奇妙事件以及恒星死后会发生什么的必要条件。”

该团队将发表两篇论文，详细介绍新目录。这两篇论文都将于11月21日星期一发表在《天体物理学杂志》上。由于SGRB是宇宙中最明亮的爆炸之一，该团队将其目录称为BRIGHT(用于调查伽马射线爆发宿主特征的宽带存储库)。BRIGHT的所有数据和建模产品均可在线公开获取，供社区使用。

Nugent是西北大学温伯格艺术与科学学院物理学和天文学专业的研究生，也是天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的成员。她得到了温伯格物理学和天文学助理教授、CIERA的重要成员方文辉的建议，他领导了第二项专注于SGRB宿主观测的研究。

未来比较的基准

当两颗中子星发生碰撞时，它们会产生瞬间的强烈伽马射线闪光，即短暴。虽然伽马射线只持续几秒钟，但光学光线可以持续数小时，然后衰减到检测水平以下(称为余辉的事件)。SGRB是宇宙中最明亮的爆炸之一，每年最多检测到十几个。它们是目前研究和理解大量并合中子星系统的唯一途径。

自2005年美国宇航局的尼尔·盖瑞尔斯·斯威夫特天文台首次发现短暴余辉以来，天文学家们在过去17年中一直试图了解哪些星系产生了这些强大的爆发。星系中的恒星可以洞悉产生短暴所需的环境条件，并将神秘的爆发与其中子星合并起源联系起来。到目前为止，只有一个SGRB(GRB170817A)具有确认的中子星合并起源——因为它是在引力波探测器观测到双中子星合并(GW170817)后几秒钟内检测到的。

短伽马射线爆发在整个宇宙时间内承载着星系。图片来源：WMKeck天文台/AdamMakarenko

“十年后，下一代引力波天文台将能够探测到与我们今天探测SGRBs相同距离的中子星合并，”Fong说。“因此，我们的目录将作为与未来中子星合并检测进行比较的基准。”

“该目录确实可以产生影响，而不仅仅是像SGRB这样的单一类别的瞬变，”研究合著者、天体物理学博士Yuxin“Vic”Dong说。西北大学学生。“凭借目录中提供的大量数据和结果，我相信各种研究项目都会利用它，甚至可能以我们尚未想到的方式加以利用。”

洞察中子星系统

为了创建目录，研究人员在WM凯克天文台、双子座天文台、MMT天文台、大型双筒望远镜天文台和拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜中使用了几种高灵敏度仪器，以捕捉一些最暗星系的深度成像和光谱学在SGRB宿主的调查中确定。该团队还使用了来自美国宇航局两个大天文台的数据，即哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜。

在进行这些新研究之前，天文学家仅从几十个SGRB中对宿主星系进行了表征。新目录是现有样品数量的四倍。凭借更大的数据集，该目录显示短暴宿主星系可以是年轻的恒星形成星系，也可以是年老的濒临死亡的星系。这意味着中子星系统在广泛的环境中形成，其中许多具有快速的形成到合并时间尺度。由于中子星合并会产生黄金和铂金等重元素，该目录的数据还将加深科学家对宇宙中贵金属最初产生时间的理解。

“我们怀疑我们在较年轻的宿主星系中发现的较年轻的短暴来自双星系统，这些双星系统是在恒星形成‘爆发’时形成的，并且结合得如此紧密以至于它们可以非常快速地合并，”纽金特说。“长期存在的理论表明，必须有办法快速合并中子星，但直到现在，我们还无法亲眼目睹它们。我们在更古老的星系中找到了更古老的SGRB的证据，并相信那些恒星中的恒星星系要么需要更长的时间来形成一个双星系统，要么是一个进一步分离的双星系统。因此，它们需要更长的时间才能合并。”

JWST的潜力

NASA的新红外线旗舰天文台詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)能够探测宇宙早期最微弱的宿主星系，有望进一步推进对中子星合并及其时间回溯多远的理解开始了。

纽金特说：“我对使用JWST深入探索这些罕见的爆炸性事件的发生地的可能性感到非常兴奋。”“JWST观察宇宙中微弱星系的能力可以发现更多目前正在逃避探测的SGRB宿主星系，甚至可能揭示一个缺失的星系群以及与早期宇宙的联系。”

“我在10年前开始观察这个项目，能够将火炬传递给下一代研究人员真是太令人欣慰了，”Fong说。“看到多年的工作在这个目录中栩栩如生，这是我职业生涯中最大的乐趣之一，这要感谢真正将这项研究提升到一个新水平的年轻研究人员。”