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Jan. 22 2024

太空中的大規模神秘爆炸成因為何?

  • 藝術家想像圖:黑洞從盤中吸積物質並驅動強大噴流,太空深處因此產生重複的明亮閃光。IMAGE COURTESY ROBERT L. HURT/CALTECH/IPAC

    藝術家想像圖:黑洞從盤中吸積物質並驅動強大噴流,太空深處因此產生重複的明亮閃光。IMAGE COURTESY ROBERT L. HURT/CALTECH/IPAC

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先前天文學家在遙遠的星系中發現了強度比太陽強數十億倍的不尋常明亮藍色閃光,這讓他們無比困惑。現在,有項新發現可能提供了解謎線索。

2022年9月,天文學家利用南加州的望遠鏡捕捉到了一道令人難以置信的明亮藍光,讓他們震驚不已。這起在10億光年外星系發生的爆發事件,威力約為太陽能量的100億倍。

研究人員將許多不同望遠鏡指向此一天區以監測爆發,他們發現這個事件看起來與最近的其他爆發類似,是一種「高亮度快速藍色光學瞬變」(luminous fast blue optical transients,簡稱LFBOTs)。在這次瞬變事件變暗三個月後,研究人員再度觀測夜空中的同一位置,並拍攝了一系列五張三分鐘曝光的影像。他們在影像中注意到另一個讓人難以置信的快速明亮眩光。

「我們盯著這些影像思考,這是真的嗎?」康乃爾大學的天文學家安娜.何(Anna Ho)說:「我們從未見過如此快速明亮的太空閃光,當然更不用說是在另一次事件結束後見到。」

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何和她的同事最近在《自然》(Nature)期刊發表了他們對「高亮度快速藍色光學瞬變」的研究,解決了科學家對這些神秘宇宙爆炸本質的長期爭論。他們的研究指出,此處存在大質量恆星死亡後留下的黑洞或是中子星等緻密恆星殘骸,因而驅動了這些驚人的爆炸。

天文學家在2018年發現這種「高亮度快速藍色光學瞬變」特殊事件,在首次爆炸的數個月後,又會反覆出現每次僅持續數十秒的明亮閃光。高速光學相機所捕捉的關鍵數據,不僅證實了重複發生的閃光強度,也為此一現象提供前所未有的短時間尺度深入研究。

「我們一開始想,這是拍到了奇怪的衛星還是什麼?」何說:「我們試圖利用其他望遠鏡觀測,來驗證我們所看到的事情……。在幾個月的時間內,我們總共發現了14次閃光,這很明顯地是真實的現象──無論這些天文事件留下了什麼,那真的很耀眼。」

這項發現在全球科學界引軒然大波,許多研究人員為此著迷且興奮不已。「這項發現最讓人興奮的一點是它前所未見,」這項新研究的共同作者,英國利物浦約翰摩爾斯大學的天文物理學家丹尼爾.柏利(Daniel Perley)表示:「沒有人見過這樣的情況,它確實擴展了我們對劇烈天文現象如何運作的理解。」

監測太空閃光

近年來,除了靜態的影像之外,天文學家開始得以拍攝夜空的「電影」,藉由更長的曝光時間來捕捉更多的光線。何和其他參與「史維基瞬變探測器」(Zwicky Transient Facility」的研究人員,對每兩天拍攝一次的整個北天球影像進行分析。「史維基瞬變探測器」是一組用來監測夜空、並尋找發生亮度變化天體的望遠鏡。「高亮度快速藍色光學瞬變」的亮度大約是超新星的十倍,但由於發生的速度太快,大多望遠鏡都會錯過閃光。

「如果你觀測的頻率只有每晚一次,那就會忽略僅持續幾分鐘的現象,」何說:「以這種狀況來說,我們真的很幸運。」

為了產生像「高亮度快速藍色光學瞬變」這樣強大、快速、明亮,且以近光速噴射物質的現象,必須有個能量極高的來源。天文學家有兩個主要的懷疑對象:中子星或是黑洞。

當大質量恆星在生命結束並發生超新星爆發時,會留下一個稱為中子星的緻密核心,如果夠緻密的話,就會進一步塌縮成黑洞。「除了黑洞或中子星之外,很難從任何天體獲得接近光速的噴流,」哥倫比亞大學的物理學家布萊恩.梅茨格(Brian Metzger)如此評論這項新研究。他說:「這個發現真的非常驚人。這些閃光確實符合我們所認識的噴流幾何形狀,在這之前,我們並不確定所看到的是天體的邊緣或是正面。」

但究竟是什麼引起爆發,這仍然是個無解之謎。「高亮度快速藍色光學瞬變」是在恆星爆炸並留下緻密核心的緻密天體誕生期間所產生?或是在像有黑洞破壞另一顆恆星,這類緻密天體恢復活力時所發生的現象?怎麼會有餘波迴盪數個月之久的天文事件擁有如此快速、強烈的高能量閃焰呢?

柏利推測閃光可能來自從光源發出的噴流,就像物體旋轉時掃過地球的燈塔光束。也可能是中子星的磁場突然產生閃焰──年輕的、高磁性的中子星經常可以看到這種現象。或可能是由黑洞周圍緻密吸積盤(accretion disk)物質的變化所造成的,我們已經知道這是狀況會發生天體亮度時而明亮、時而昏暗的現象。

「我們對此一現象的本質仍然不太清楚,」何說:「但我們之所以想要研究,是因為目前對其可能成因的最佳推測,代表了科學家長期以來所追尋的某種重要現象。」

 

延伸閱讀:神祕「電波爆發」原來離我們這麼近! 神祕重力波顯示,我們可能首度目擊黑洞吞噬死亡恆星 

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