長達(dá)數(shù)十年的伽馬射線爆發(fā)謎題獲解

恒星爆炸產(chǎn)生伽馬射線暴的驅(qū)動(dòng)因素是長期存在的謎題，近日，由英國巴斯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)測量了伽馬射線暴的磁場，首次證實(shí)了長達(dá)數(shù)十年的理論預(yù)測：在噴射出的物質(zhì)撞擊并沖擊周圍介質(zhì)后，這些沖擊波中的磁場會(huì)變得混亂。這項(xiàng)新研究表明，最強(qiáng)大的伽馬射線暴可以由大規(guī)模有序磁場提供動(dòng)力。研究成果發(fā)表在16日的英國《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。

當(dāng)遙遠(yuǎn)星系中的一顆大質(zhì)量恒星（至少比太陽大40倍）死亡時(shí)，在爆炸之后會(huì)產(chǎn)生沖擊波，并以接近光速的速度旋轉(zhuǎn)形成黑洞，這一過程能量極高，會(huì)向外“噴出”所有物質(zhì)，也會(huì)產(chǎn)生極其明亮的伽馬射線暴。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)的黑洞形成時(shí)，磁場扭曲成螺旋形，可以聚焦和加速噴出物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。我們無法直接看到磁場，但它們的特征體現(xiàn)在圍繞磁場線旋轉(zhuǎn)的帶電粒子（電子）產(chǎn)生的光中。

此次，巴斯團(tuán)隊(duì)對(duì)伽馬射線暴141220A進(jìn)行了分析，通過測量光的一種特殊性質(zhì)——偏振，直接探測了驅(qū)動(dòng)爆炸的磁場的物理性質(zhì)。

研究人員預(yù)測，當(dāng)膨脹的激波鋒與周圍的恒星碎片碰撞時(shí)，任何原始磁場最終都會(huì)被摧毀。根據(jù)預(yù)測，在大尺度原始場仍然完整并驅(qū)動(dòng)物質(zhì)外流的情況下，在爆發(fā)后不久就會(huì)有高水平的偏振（>10%）的光。隨后，由于光場在碰撞中被打亂，光應(yīng)該基本上不會(huì)偏振。

巴斯大學(xué)天體物理學(xué)系主任、伽馬射線專家卡羅爾·蒙代爾教授的團(tuán)隊(duì)在爆炸幾分鐘后首次發(fā)現(xiàn)了高度偏振的光，這證實(shí)了具有大規(guī)模結(jié)構(gòu)的原始磁場的存在。但事實(shí)證明，正向沖擊擴(kuò)大的前景更具爭議。

另一個(gè)團(tuán)隊(duì)在較慢的時(shí)間（從爆發(fā)后數(shù)小時(shí)到一天）觀察到，伽馬射線暴的偏振水平非常低，這表明：恒星的磁場早已被摧毀，但無法說出何時(shí)或如何摧毀。相比之下，一組日本天文學(xué)家稱，在伽馬射線暴中發(fā)現(xiàn)了10%的偏振光。研究人員認(rèn)為，這可以用原始磁場在沖擊波中被摧毀之前產(chǎn)生的偏振光來解釋。

在新論文中，蒙代爾團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，在141220A爆炸僅90秒后，就發(fā)現(xiàn)了前激波光中極低的偏振。研究小組使用了全自動(dòng)機(jī)器人利物浦望遠(yuǎn)鏡和新型RINGO3偏振儀實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)，研究小組能夠證明：光線是由正向激波發(fā)出的；磁場長度比日本團(tuán)隊(duì)推斷的要小得多；爆炸很可能是由黑洞形成的最初時(shí)刻有序磁場的崩塌所驅(qū)動(dòng)的。

“這一結(jié)果解決了這些極端宇宙爆炸的一個(gè)長期難題。”蒙代爾說，“我們現(xiàn)在需要探測這些爆炸的最早時(shí)刻，捕捉顯著的爆炸，并將研究放到更廣泛的背景下，即對(duì)極端宇宙進(jìn)行實(shí)時(shí)多信使跟蹤。”