伽瑪射線爆發(fā)的藝術(shù)插圖。鳴謝:國際雙子座天文臺(tái)/NOIRLab/NSF/AURA/M .加爾利克/M .扎馬尼
（神秘的強(qiáng)大起源地球uux.cn）據(jù)西北大學(xué)：在尋找強(qiáng)大的伽馬射線爆發(fā)(GRB)的起源時(shí)，一個(gè)國際天體物理學(xué)家小組可能偶然發(fā)現(xiàn)了一種摧毀恒星的伽的新新方法。
盡管大多數(shù)伽馬射線暴源自大質(zhì)量恒星爆炸或中子星合并，馬射但研究人員得出結(jié)論，發(fā)的方法GRB 191019A反而來自古老星系核心超大質(zhì)量黑洞周圍擁擠環(huán)境中的時(shí)偶恒星碰撞或恒星殘余。這種毀滅德比的摧毀環(huán)境指向了一種長期假設(shè)的——但從未見過的——?dú)绾阈遣a(chǎn)生GRB的方式。
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上。恒星由荷蘭拉德布大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的尋找線爆現(xiàn)種研究小組包括來自西北大學(xué)的天文學(xué)家。
“對(duì)于每一百個(gè)符合伽馬射線爆發(fā)傳統(tǒng)分類方案的強(qiáng)大起源事件，至少有一個(gè)古怪的伽的新事件讓我們陷入困境，”西北大學(xué)天體物理學(xué)家兼研究合著者Wen-fai Fong說，馬射“然而，發(fā)的方法正是時(shí)偶這些古怪的事件告訴我們宇宙能夠發(fā)生的爆炸的驚人多樣性。”
“在致密的摧毀恒星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這些非凡的現(xiàn)象，特別是那些圍繞星系核心超大質(zhì)量黑洞的現(xiàn)象，無疑是令人興奮的，”西北大學(xué)天體物理學(xué)家兼研究合著者賈科莫·弗拉吉奧內(nèi)說。“這一非凡的發(fā)現(xiàn)讓我們得以一瞥這些宇宙環(huán)境中錯(cuò)綜復(fù)雜的動(dòng)態(tài)，將它們確立為事件的工廠，否則這將被認(rèn)為是不可能的。”
Fong是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院物理學(xué)和天文學(xué)助理教授，也是天體物理學(xué)跨學(xué)科探索和研究中心(CIERA)的成員。Fragione是CIERA的研究助理教授。西北大學(xué)的其他合著者包括Anya Nugent和Jillian Rastinejad——兩人都是天文學(xué)博士生，也是Fong研究小組的成員。
根據(jù)質(zhì)量，大多數(shù)恒星以三種可預(yù)測的方式死亡。當(dāng)像我們的太陽這樣相對(duì)低質(zhì)量的恒星年老時(shí)，它們會(huì)脫落外層，最終褪色成為白矮星。另一方面，更大質(zhì)量的恒星在災(zāi)難性的超新星爆炸中燃燒得更亮，爆炸得更快，產(chǎn)生了像中子星和黑洞這樣的超密度物體。第三種情況發(fā)生在兩個(gè)這樣的恒星殘骸形成一個(gè)雙星系統(tǒng)并最終碰撞的時(shí)候。
但是新的研究發(fā)現(xiàn)可能有第四種選擇。
“我們的結(jié)果表明，恒星可能會(huì)在宇宙中一些最密集的區(qū)域消亡，在那里它們可能會(huì)被驅(qū)使碰撞，”主要作者安德魯·萊萬說，他是拉德布大學(xué)的天文學(xué)家。“這對(duì)于理解恒星如何死亡以及回答其他問題來說是令人興奮的，例如哪些意想不到的來源可能產(chǎn)生我們可以在地球上探測到的引力波。”
在恒星形成的黃金時(shí)期過后很久，古老的星系幾乎沒有大質(zhì)量恒星。然而，它們的核心充滿了恒星和超密度恒星殘余物，如白矮星、中子星和黑洞。天文學(xué)家長期以來一直懷疑，在超大質(zhì)量黑洞周圍活動(dòng)的動(dòng)蕩蜂巢中，兩個(gè)恒星物體相撞產(chǎn)生GRB只是時(shí)間問題。但是這種合并的證據(jù)仍然難以捉摸。
2019年10月19日，當(dāng)美國宇航局的尼爾·格里爾斯·斯威夫特天文臺(tái)探測到持續(xù)一分多鐘的伽馬射線明亮閃光時(shí)，天文學(xué)家瞥見了這種事件的第一個(gè)跡象。任何持續(xù)超過兩秒鐘的GRB都被認(rèn)為是“長的”這種爆發(fā)通常來自質(zhì)量至少是太陽10倍的恒星的坍縮。
然后，研究人員使用智利的雙子座南方望遠(yuǎn)鏡——國家科學(xué)基金會(huì)NOIRLab運(yùn)營的國際雙子座天文臺(tái)的一部分——對(duì)GRB褪色的余輝進(jìn)行長期觀察。
這些觀測使天文學(xué)家能夠?qū)RB的位置精確定位到距離一個(gè)古老星系的核心不到100光年的區(qū)域——非常靠近該星系的超大質(zhì)量黑洞。奇怪的是，研究人員也沒有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)超新星的證據(jù)，這將在雙子座南捕獲的光線上留下印記。
“伴隨長GRB 191019A的超新星的缺乏告訴我們，這次爆發(fā)不是典型的大質(zhì)量恒星坍塌，”Rastinejad說，他進(jìn)行了計(jì)算以確保超新星沒有隱藏在數(shù)據(jù)中。“嵌入主星系核心的GRB 191019A的位置，對(duì)引力波發(fā)射源可能如何形成的預(yù)測但尚未證實(shí)的理論提出了挑戰(zhàn)。”
在典型的星系環(huán)境中，從碰撞的恒星殘留物，如中子星和黑洞，產(chǎn)生長伽馬射線暴是非常罕見的。然而，古老星系的核心絕不是典型的，可能有一百萬或更多的恒星擠在一個(gè)僅幾光年寬的區(qū)域內(nèi)。
這種極端的人口密度可能足夠大，以至于偶爾會(huì)發(fā)生恒星碰撞，特別是在超大質(zhì)量黑洞的巨大引力影響下，這將擾亂恒星的運(yùn)動(dòng)，并使它們向隨機(jī)方向傾斜。最終，這些任性的恒星會(huì)相交并融合，引發(fā)巨大的爆炸，從遙遠(yuǎn)的宇宙距離都可以觀測到。
“這一事件幾乎打破了我們對(duì)短伽瑪暴和長伽瑪暴環(huán)境的所有預(yù)期，”紐金特說，他對(duì)宿主星系進(jìn)行了至關(guān)重要的建模。
“雖然長伽瑪暴從未在像GRB 191019A的宿主一樣古老和死亡的星系中發(fā)現(xiàn)，但短伽瑪暴，以及它們的合并起源，還沒有被觀察到與它們宿主的原子核有如此的聯(lián)系。在它古老的靜止星系的核心發(fā)現(xiàn)這一事件，為以前很少觀察到的雙星系統(tǒng)的形成打開了有希望的新途徑。"
這種事件可能經(jīng)常發(fā)生在宇宙中類似的擁擠區(qū)域，但直到現(xiàn)在才被注意到。它們模糊不清的一個(gè)可能原因是星系中心充滿了塵埃和氣體，這可能掩蓋了GRB最初的閃光和隨之而來的余輝。GRB 191019A可能是一個(gè)罕見的例外，它允許天文學(xué)家探測到這次爆發(fā)并研究其后果。
“雖然這是首次發(fā)現(xiàn)此類事件，但可能還有更多事件被星系附近的大量塵埃所掩蓋，”Fong說。“事實(shí)上，如果這種持續(xù)時(shí)間長的事件來自于致密天體的合并，那么它就導(dǎo)致了不斷增長的伽瑪暴數(shù)量，這違背了我們的傳統(tǒng)分類。”
通過努力發(fā)現(xiàn)更多這樣的事件，研究人員希望將GRB探測與相應(yīng)的引力波探測相匹配，這將揭示更多關(guān)于它們的真實(shí)性質(zhì)并確認(rèn)它們的起源——即使在最黑暗的環(huán)境中。維拉·c·魯賓天文臺(tái)將于2025年上線，它將在這類研究中發(fā)揮不可估量的作用。
這項(xiàng)名為“來自古老星系核心的動(dòng)力起源的長時(shí)間伽馬射線爆發(fā)”的研究發(fā)表在《自然天文學(xué)》上。