最强伽马射线暴，将会揭秘哪些超新星谜题？|伽马射线暴|宇宙|恒星|星系|黑洞

“我们怀着敬畏之心，能够研究它是件非常幸运的事情”

图 1 智利的双子座南望远镜对GRB221009A的观测

（图片来源：双子星天文台/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)

& J. Rastinejad & W. Fong (西北大学)）

在2022年10月9日，一束明亮的光芒掠过我们的星球，甚至使几颗卫星探测器暂时“失明”，所有的目光都聚焦在点亮天空的超强伽马射线暴上。伽马射线是宇宙中除大爆炸外已知的能量最高的爆炸类型，它的出现往往是黑洞诞生的迹象。

短短几小时间，全球数以万计的望远镜指向了爆炸的源头，纷纷记录下这载入史册的一刻。这一事件有个绰号叫做“BOAT”（brightest of all time），官方名称是“GRB221009A”，科学家们希望通过它阐明在可怕的黑洞中的物理学知识。马里兰和乔治华盛顿大学的布兰登·奥康纳表示：“这是百年一遇，甚至是千年一遇的大事记，我们惊叹于它的出现，并十分庆幸自己有机会研究它。”

其实，伽马射线并不稀奇，几乎每天都有一束掠过地球，宇宙中出现的次数更加频繁。大质量恒星超新星爆炸中产生中子星，这一恒星尸骸逐渐燃尽了能量，坍塌引起的伽马射线仅闪耀几分之一秒。而由黑洞引起的伽马射线能长达几分钟，它从超新星爆炸中产生，吞噬了母星的大量物质，不得以巨大射流的形式喷射出来。

此次观察到的伽马射线暴相比以往格外突出，产生的光子轰击探测器长达十分钟，携带的能量远高于往常观测值。在18太电子伏特下，GRB221009A的光子能量是地球上最强大的粒子发生器——大型强子对撞机产生光子的两倍。伽马射线与宇宙尘埃相互作用产生的爆炸余波也很不寻常，尽管伽马射线源被银河系的厚带阻隔，但比之前所见的余辉都要闪耀，爆炸使地球大气层发生电离，干扰了长波无线电通信。

图 2 智利的双子座南望远镜观测到的GRB221009A伽马射线暴

（图片来源：双子星天文台/NOIRLab/NSF/AURA//B. O'Connor (UMD/GWU)

& J. Rastinejad & W. Fong (西北大学)）

布兰登·奥康纳表示，2022年10月14日，伽马射线发射五天后，我们借助智利的双子座南望远镜，追踪到了大约30 %伽马射线的来源，它来自于充满灰尘的人马座星系，也被称作箭星系。同时也带来了另一个惊喜，此次伽马射线暴相比以往离地球更近。

参加测量的西北大学学生吉利安·拉斯蒂内贾德说，该射线产生于大质量恒星的坍塌，这些恒星寿命很短。它们遵循宇宙中恒星的形成历史，所以恒星的形成越激烈，这些爆发也越多，大约是宇宙年龄的一半。然而，这次伽马射线暴发生时间较晚，距离我们更近。

天文学家推测GRB221009A来源于地球外24亿光年处，此前也观察过更近距离的射线暴，但这次能量高显得非常突出。“正是由于足够耀眼，我们有充足的时间挖掘更多细节”，布兰登·奥康纳指出，“目前至少有50台望远镜在全波段观测，我们能够最大限度地利用科学技术”。

实际上射线暴仅仅维持数分钟，但余波影响可持续数周。此外科学家们也致力于寻找超新星引发的爆炸，它向外喷射物质的速度更慢。布兰登·奥康纳说，我们目前的理解是大质量恒星向内坍缩形成黑洞，恒星的残骸不断被吸入，以喷流的形成从黑洞中喷射，并以接近光速运行，形成了伽马射线暴。同时，一部分残骸向外反弹，以较慢的速度运行，形成了超新星爆炸。

图 3 最强伽马射线暴引燃的宇宙尘埃环

（图片来源：NASA/Swift/A. Beardmore （英国莱斯特大学））

最初形成的伽马射线暴与周围物质作用形成余波，拉斯蒂内贾德表示，该波长横跨电磁波范畴，在X射线和无线电波区域最适宜观察，科学家仍致力于观测射线余波，它首先被美国宇航局伽马射线追踪卫星Swift拍摄到，在爆炸后几小时在源头周围形成彩色环。

望远镜现在可以看到GRB221009A处超新星爆炸的最初迹象，拉斯蒂内贾德指出，未来几周爆炸现象将完全呈现在我们面前，但由于爆炸源位置受限，我们可能无法看到整个超新星爆炸消亡。它逐渐去往太阳后方，所以持续到今年11底，我们在明年2月才能再次观测。

她指出，2023年美国宇航局詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜将一同加入该项工作，分别贡献出它们超强的光学和红外探测能力。探索爆炸产生的能量是一个标志性事件，对于探究其中的化学物质亦是如此，我们对于宇宙中一些重元素的产生仍不清楚，研究超新星有助于我们破解谜题。

图 4 新生黑洞形成强大的伽马射线喷流

（图片来源：NASA/ESA/M. Kornmesser)

20世纪60年代，美国用于窥视苏联核试验的军用卫星偶然发现了伽马射线，几十年间伽马射线仍是一个谜题，直到90年代，科学家们首次意识到，隐藏在宇宙中各个角落的伽马射线可能与恒星坍缩有关。

目前大量关于伽马射线的理解，仍然是基于理论计算和模拟，科学家们相信此次伽马射线暴将很好地修正之前的理论。科学家们将充分抓住这千载难逢的机会，未来几个月将有海量的文章发表出来。

尽管能量类似的爆炸为科学研究带来了福音，但科学家们并不希望这类大爆炸发生在地球附近，最好也不要在我们的星系中。科学家们认为从几千光年外射向地球的伽马射线会破坏臭氧层，引发大气变化最终产生冰河时代。事实上，一次类似的伽马射线暴造成了地球上五大物种灭绝事件之一—约4.4亿年前的奥陶纪物种大灭绝。

“幸运的是，此次喷流产生的伽马射线暴非常狭窄，只有几度宽”，布兰登·奥康纳表示，“如果它恰好发生在我们星系，直指我们，那可就危险了，不过好在这类现象发生的概率极低”。

补充解释：① NOIRLab：National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory