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Dec. 11 2022

古怪的伽馬射線爆發迫使理論框架修正

  • 天文學家對GRB 211211A想像圖。

    天文學家對GRB 211211A想像圖。

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在《自然》(Nature)期刊上,由天體物理學家組成的國際研究小組說,他們發現了一種獨特的宇宙伽馬射線暴(Gamma-ray burst),這推翻了這種劇烈宇宙爆炸形成方式的流行理論。

伽馬射線暴是宇宙中最明亮、最猛烈的爆炸。它們預示著恆星的死亡或恆星殘骸的碰撞。觀測到的伽馬射線暴通常分為兩類:較短和較長的持續時間。較長伽馬射線暴起源於大質量恆星的死亡,通常與明亮的超新星光學瞬變有關。較短GRB持續時間小於2秒,起源於兩顆中子星或一顆中子星與一個黑洞的碰撞,通常與稱為千新星(Kilonova)的更微弱光學瞬變有關。

2021年12月11日,一次GRB觸發了太空中的幾個伽瑪射線探測器,包括美國的費米伽瑪射線太空望遠鏡和尼爾.格雷爾斯雨燕天文臺(Neil Gehrels Swift Observatory)。這種持續時間近70秒的爆發通常是正常的較長伽馬射線暴,然而在後續的觀測中,發現了一個令人驚訝的特徵。作者張斌斌說:「這個伽馬射線暴包括兩部分:一個13秒長的硬脈衝和一個55秒的軟擴展發射,13秒的持續時間應該完全將這種爆發從短伽馬射線暴類別中排除了。」

換句話說,觀測結果並沒有像預期的顯示更亮的超新星爆發,而是與短伽馬射線暴相關的千新星一致。如此奇特的伽馬射線暴是首次探測到,不僅挑戰我們對伽馬射線暴起源的理解,及必需重新思考某些伽馬射線暴如何形成的新模型。

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研究小組認為,這種獨特的伽馬射線暴,被稱為GRB 211211A,可能是透過中子星和白矮星之間的碰撞所形成,也就是所謂的WD-NS合併。

大質量、低密度的恆星產生持續時間較長的伽馬射線暴,而高密度的恆星,包括中子星,產生持續時間較短的伽馬射線暴。白矮星具有中等密度,使它們成為2021年發現的伽馬射線暴類型的理想起源,因為它顯示出不涉及大質量恆星的較長持續時間。

研究團隊開發了一個模型來解釋GRB 211211A觀測到的特殊千新星特徵。如果WD-NS合併留下了一顆快速旋轉的中子星(磁星),來自其額外能量注入與爆發期間拋擲物質的核反應能量結合在一起,可以解釋對GRB 211211A觀測到的千新星發射。(編譯/吳典諺)

 

資料來源:UNIVERSITY OF NEVADA, LAS VEGAS

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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