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年度科学回顾:伽马射线暴

事实证明,伽马射线暴确实是巨大的。

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两年前,美国国家航空航天局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔空间飞行中心举办了一次关于伽马射线暴这一天文现象的会议。许多观测天文学家出席了会议,但据马歇尔天体物理学家杰拉尔德·菲什曼说,理论家们大多没有参加。这并非缺乏兴趣:自20世纪60年代后期被发现以来,这些短暂的高能电磁辐射闪光一直是天体物理学中一个经久不衰的谜团。解释它们将被视为一项重大成就。

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问题在于,没有人能弄清楚伽马射线暴究竟在哪里——是在我们的银河系内部和周围,还是在宇宙的遥远边缘。这使得理论家们处于一种试图解释一个可能是远方的山脉或近处的土堆的境地。难怪他们没有出行。菲什曼承认,当时情况相当混乱。

然而,今年九月,当行星学家们在亨茨维尔再次召开后续会议时,理论家们蜂拥而至。得益于一系列戏剧性的发现,伽马射线暴几乎肯定发生在宇宙深处,而不是附近,这一点突然变得不可避免地清晰。这意味着它们不仅仅是中等能量的爆炸,而是宇宙中最强大的爆炸之一。

伽马射线暴被发现后很长一段时间——由寻找苏联核爆炸的美国国防部卫星偶然发现——天文学家对它们几乎一无所知。然而,在20世纪80年代中期,普林斯顿大学的天文学家博赫丹·帕钦斯基指出,它们似乎来自天空的各个方向,在这种情况下,它们的源头也必然是均匀分布的。唯一符合这一条件的物体是太阳系边缘所谓的奥尔特云中的彗星,以及宇宙深处的星系。彗星太冷,无法发出伽马射线,帕钦斯基因此主张后一种假设——即这些爆发来自遥远的地方,这意味着它们的能量必然是惊人的巨大。菲什曼回忆说,起初,博赫丹是唯一一个持这种观点的人。当时观测到的爆发太少,它们的分布仍然存在争议。

1991年,康普顿伽马射线天文台卫星升空并开始以每天一次的速度记录爆发时,很明显帕钦斯基关于其均匀分布的说法是正确的。但他的假设的关键证据直到去年才出现,来自一个名为Bepposax的意大利-荷兰卫星。与所有前代卫星不同,它能够精确定位爆发的位置——2月28日,它首次在一个大约是满月直径六分之一的天空中定位了一次爆发。光学望远镜投入运行,并在伽马射线暴的位置检测到一个正在逐渐消失的普通光斑。几周后,哈勃望远镜和地面望远镜都在现在已经消失的爆发精确位置发现了一个微弱的可见光辉。它看起来像一个遥远星系的普通光辉——很可能就是那个发出突然爆发的星系。

5月8日,Bepposax 精确定位了第二次爆发,彻底证实了这一发现。这一次,世界上最强大的光学望远镜,位于夏威夷的凯克望远镜,成功地将可见光余晖分解成光谱。光谱上叠加着暗吸收线,这些吸收线是由爆发和地球之间的某片气体云造成的——据加州理工学院的天文学家称,这片气体云距离地球约70亿光年。这让那些认为爆发是近距离发生的人群几乎所有人都相信,这些爆炸——或至少其中一些——实际上是非常遥远的。

与此同时,新墨西哥州的甚大阵射电望远镜的天文学家们正在探测到爆发的射电余波,这也是一个首次。射电辐射在开始时剧烈闪烁,显然是因为它们穿过的气体不断变化——就像星光穿过地球大气层时会闪烁一样。但后来闪烁停止了。这表明爆发源已经变大——类比来说就是一颗行星,它在天空中看起来比恒星更大,并且不像恒星那样闪烁。再加上爆发似乎从高能伽马射线演变为X射线再到可见光,这意味着它们会随着时间而冷却,这些射电数据支持了它们是巨大火球的观点,这些火球以接近光速的速度膨胀并随之冷却。

然而,火球的最终原因仍然是一个深奥的谜团。到目前为止,主要的候选者是两颗中子星的合并以及中子星被黑洞吞噬。就帕钦斯基本人而言,他倾向于一种超高能超新星爆炸。但现在下结论还为时过早。帕钦斯基说,Bepposax 的这些发现是一个巨大的突破,但我们迫切需要更多的数据。未来几年,卫星应该会提供这些数据。

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