長達數十年的伽馬射線爆發謎題獲解

恆星爆炸產生伽馬射線暴的驅動因素是長期存在的謎題,近日,由英國巴斯大學領導的國際科學家團隊測量了伽馬射線暴的磁場,首次證實了長達數十年的理論預測:在噴射出的物質撞擊並沖擊周圍介質後,這些沖擊波中的磁場會變得混亂。這項新研究表明,最強大的伽馬射線暴可以由大規模有序磁場提供動力。研究成果發表在16日的英國《皇家天文學會月刊》上。

長達數十年的伽馬射線爆發謎題獲解

當遙遠星系中的一顆大質量恆星(至少比太陽大40倍)死亡時,在爆炸之後會產生沖擊波,並以接近光速的速度旋轉形成黑洞,這一過程能量極高,會向外「噴出」所有物質,也會產生極其明亮的伽馬射線暴。

當旋轉的黑洞形成時,磁場扭曲成螺旋形,可以聚焦和加速噴出物質的運動。我們無法直接看到磁場,但它們的特徵體現在圍繞磁場線旋轉的帶電粒子(電子)產生的光中。

此次,巴斯團隊對伽馬射線暴141220A進行了分析,通過測量光的一種特殊性質——偏振,直接探測了驅動爆炸的磁場的物理性質。

研究人員預測,當膨脹的激波鋒與周圍的恆星碎片碰撞時,任何原始磁場最終都會被摧毀。根據預測,在大尺度原始場仍然完整並驅動物質外流的情況下,在爆發後不久就會有高水平的偏振(>10%)的光。隨後,由於光場在碰撞中被打亂,光應該基本上不會偏振。

巴斯大學天體物理學系主任、伽馬射線專家卡羅爾·蒙代爾教授的團隊在爆炸幾分鍾後首次發現了高度偏振的光,這證實了具有大規模結構的原始磁場的存在。但事實證明,正向沖擊擴大的前景更具爭議。

另一個團隊在較慢的時間(從爆發後數小時到一天)觀察到,伽馬射線暴的偏振水平非常低,這表明:恆星的磁場早已被摧毀,但無法說出何時或如何摧毀。相比之下,一組日本天文學家稱,在伽馬射線暴中發現了10%的偏振光。研究人員認為,這可以用原始磁場在沖擊波中被摧毀之前產生的偏振光來解釋。

在新論文中,蒙代爾團隊報告說,在141220A爆炸僅90秒後,就發現了前激波光中極低的偏振。研究小組使用了全自動機器人利物浦望遠鏡和新型RINGO3偏振儀實現了超高速觀測。RINGO3偏振儀記錄了伽馬射線暴的顏色、亮度、偏振度和衰減率。綜合這些數據,研究小組能夠證明:光線是由正向激波發出的;磁場長度比日本團隊推斷的要小得多;爆炸很可能是由黑洞形成的最初時刻有序磁場的崩塌所驅動的。

「這一結果解決了這些極端宇宙爆炸的一個長期難題。」蒙代爾說,「我們現在需要探測這些爆炸的最早時刻,捕捉顯著的爆炸,並將研究放到更廣泛的背景下,即對極端宇宙進行實時多信使跟蹤。」

來源:cnBeta