天文学家发现了最短暂的超新星驱动的伽马暴


这幅图描绘了一颗正在坍缩的恒星,它正在产生两个短伽马射线喷流。就在一颗大质量、坍缩的恒星发生超新星爆炸之前,如果喷流指向地球,我们经常会观测到伽马射线爆发(伽马射线辐射的短暂爆炸)。大多数已知的由超新星产生的伽马暴都是“长”的(持续时间超过2秒),但一个名为GRB 200826的伽马暴是“短”的(仅持续0.6秒)。天文学家认为,这一现象以及其他超新星产生的短暂伽马暴之所以显得短暂,是因为伽马射线流不够强,不足以完全逃离恒星。这将产生长度和持续时间都更短的喷流。国际双子座天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J。da Silva图像处理:M. Zamani(美国国家科学基金会NOIRLab)

天文学家发现了有史以来最短的伽玛射线暴(GRB),它是由一颗大质量恒星的内爆引起的。

利用美国国家科学基金会(NSF) NOIRLab项目的国际双子座天文台,天文学家们确定了这场0.6秒伽马射线风暴的起因是遥远星系中的超新星爆炸。由超新星引起的grb通常是前者的两倍多,这表明一些较短的grb实际上可能是冒名顶替的——由超新星产生的grb伪装而成。

伽玛射线暴(grb)是宇宙中最明亮、最活跃的事件之一,但科学家仍在研究这些转瞬即逝的事件的确切原因。天文学家根据grb的持续时间将其分为两大类。短伽马射线暴在不到两秒的时间内就会爆炸,据认为是由双中子星[2]的合并引起的。那些持续时间更长的伽马射线暴被归类为长伽马射线暴,与大质量恒星[3]内爆引起的超新星爆炸有关。然而,最近发现的超新星产生的史上最短的GRB表明,GRB并不完全符合天文学家为它们创造的盒子。

领导这项研究的Tomás Ahumada评论道:“这一发现代表了超新星在大质量恒星崩溃期间发出的最短的伽马射线。”Ahumada是马里兰大学的博士候选人,也是美国宇航局戈达德太空飞行中心的天文学家。“它只持续了0.6秒,处于一次成功和一次失败伽马暴的边缘。”

团队认为,这和其他一些supernova-related GRB出现短的伽马射线,因为飞机出现坍塌恒星的波兰人没有强大到足以完全逃脱明星——几乎没有产生伽马线暴和其他恒星坍塌疲软的飞机,他们不产生伽马射线爆。

这一发现也有助于解释一个天文之谜。长grb与一种特定类型的超新星(称为Ic-BL型)有关。然而,天文学家观测到的超新星要比长伽马暴多得多。与超新星有关的最短GRB的发现表明,一些由超新星引起的GRB伪装成中子星合并产生的短GRB,因此不被算作超新星类型。

Ahumada解释说:“我们的发现表明,由于我们观测到的超新星比长伽马暴多得多,大多数塌缩恒星无法产生GRB喷流,从而突破塌缩恒星的外层包膜。”“我们认为这一事件实际上是一个失败,一个几乎不会发生的事件。”

该团队能够确定这个GRB(被确认为GRB 200826A)来自于一次超新星爆炸,这要归功于位于夏威夷的Gemini North上的Gemini多目标光谱仪的成像能力。2020年8月26日,包括美国宇航局费米伽玛射线太空望远镜在内的多个天文台网络首次发现了GRB,研究人员利用“双子星北”号获取了GRB所在星系的图像。“双子座”的观测结果让研究小组发现了超新星爆发的迹象,尽管爆炸发生在66亿光年之外的星系中。

Ahumada说:“这是一项复杂的努力,因为我们需要将已经暗淡的星系的光与超新星的光分开。”“双子座望远镜是唯一一架可以进行此类后续观测的地面望远镜,它的时间表足够灵活,让我们可以挤出时间进行观测。”

这一结果表明,仅仅根据其持续时间对GRB进行分类可能不是最好的方法,需要额外的观测来确定GRB的原因。

“我们最初是在寻找合并的中子星,它们被认为会产生短伽马暴,”Ahumada补充说。“然而,当我们发现GRB 200826A时,我们意识到这种爆发更有可能是由恒星的超新星坍塌引起的,这是一个惊喜!”

美国国家科学基金会双子座项目官员马丁·斯蒂尔说:“双子座天文台继续为遥远宇宙中发生的这些令人难以置信的爆炸的性质提供新的线索。”“在接下来的十年里,专用的仪器将会在这些令人敬畏的宇宙事件的后续行动中保持双子座的领导地位。”

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笔记
[1]伽马暴极少发生,但当它们发生时,会释放出惊人的能量。在短短几秒钟内,一个典型的GRB释放的能量将超过太阳100亿年的寿命。

中子星是宇宙中最小、密度最大、最奇怪的天体之一。它们是由大质量恒星坍塌形成的,将1.4个太阳的质量压缩成一个直径只有10公里的球体。中子星的物质密度相当于原子核的密度,一茶匙中子星物质的重量相当于地球上的珠穆朗玛峰。除了惊人的密度,中子星也非常热,拥有比地球强数百万倍的磁场。

在生命末期,恒星在自身引力的作用下坍缩,也被称为坍缩星。在生命的尽头,恒星耗尽了内核中维持核反应的氢。如果没有这些反应的稳定压力,恒星就无法对抗重力,它们就会坍缩成一种奇异的恒星残骸。恒星的质量决定了它的命运:小于太阳质量1.4倍的恒星会收缩成白矮星,较大的恒星会收缩成中子星,而最大的恒星则会完全收缩,形成黑洞。

国家科学基金会的NOIRLab(国家光学红外天文研究实验室),美国地面光学红外天文中心,运营着国际双子座天文台(一个设施的国家科学基金会,nrc -加拿大,ani -智利,mctic -巴西,mincyt -阿根廷和kasi -韩国),Kitt Peak国家天文台(KPNO),Cerro Tololo美洲天文台(CTIO)、社区科学和数据中心(CSDC)和Vera C. Rubin天文台(与能源部的SLAC国家加速器实验室合作)。它由天文学研究大学协会(AURA)根据与美国国家科学基金会的合作协议管理,总部设在亚利桑那州图森市。天文团体很荣幸有机会在亚利桑那州的Iolkam Du'ag(基特峰)、夏威夷的Maunakea、智利的Cerro Tololo和Cerro Pachón进行天文研究。我们认识到并承认这些遗址对Tohono O’odham民族、夏威夷土著社区和智利当地社区所发挥的非常重要的文化作用和尊敬。

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