2022年10月9日,星期日,一道强烈的辐射脉冲席卷了太阳系,异常异常,以至于天文学家很快将其命名为“船”——有史以来最亮的。

航空航天局的任务研究可能是一万年一遇的伽马射线暴

源头是伽马射线暴(GRB),这是宇宙中最强大的一类爆炸。

爆炸触发了无数航天器上的探测器,全球各地的天文台也纷纷跟进。在梳理所有这些数据后,天文学家现在可以描述它的亮度并更好地了解它的科学影响。

“GRB221009A可能是自人类文明开始以来发生的最亮的X射线和伽马射线能量爆发,”位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学物理学和天文学助理教授埃里克伯恩斯说。他领导了对大约7,000个GRB的分析——主要由NASA的费米伽马射线太空望远镜和NASA的Wind航天器上的俄罗斯Konus仪器探测到——以确定这种明亮事件发生的频率。他们的回答是:每10,000年一次。

爆发是如此明亮以至于有效地使太空中的大多数伽马射线仪器失明,这意味着它们无法直接记录发射的真实强度。美国科学家能够从费米数据中重建这些信息。然后,他们将结果与俄罗斯团队处理Konus数据的结果以及中国团队分析SATech-01卫星上的GECAM-C探测器和Insight-HXMT天文台仪器的观测结果进行了比较。他们一起证明,这次爆发比以往任何一次爆发都要亮70倍。

伯恩斯和其他科学家在夏威夷威科洛亚举行的美国天文学会高能天体物理学分部会议上介绍了有关BOAT的新发现。对爆发的观测跨越了从无线电波到伽马射线的整个频谱,包括来自许多NASA和合作伙伴任务的数据,包括国际空间站上的NICERX射线望远镜、NASA的NuSTAR天文台,甚至是星际空间中的航海者一号。描述结果的论文出现在天体物理学杂志快报的焦点问题上。

来自GRB221009A的信号在到达地球之前已经传播了大约19亿年,使其成为最接近已知的“长”GRB之一,其初始或提示发射持续超过两秒。天文学家认为这些爆发代表了大质量恒星的核心在自身重量下坍塌时形成的黑洞的诞生声。当它迅速吞噬周围的物质时,黑洞会向相反的方向喷出喷射流,其中包含加速到接近光速的粒子。这些喷流穿过恒星,在流入太空时发射X射线和伽马射线。

对于这种类型的GRB,天文学家希望在几周后发现一颗变亮的超新星,但到目前为止,它已被证明难以捉摸。一个原因是GRB出现在仅比我们银河系平面高出几度的天空中,那里厚厚的尘埃云会使入射光大大变暗。

荷兰奈梅亨拉德堡德大学天体物理学教授安德鲁·莱文说:“我们不能断定存在一颗超新星,考虑到爆发的亮度,这令人惊讶。”由于尘埃云在红外波长下变得更加透明,Levan使用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(它首次用于此类研究)以及哈勃太空望远镜进行了近红外和中红外观测,以发现超新星。“如果它在那里,那就非常微弱。我们计划继续寻找,”他补充道,“但整颗恒星有可能直接坍缩到黑洞中,而不是爆炸。”计划在接下来的几个月内进行更多的韦伯和哈勃观测。

随着喷流继续扩展到这颗注定失败的恒星周围的物质中,它们会产生逐渐消失的多波长余辉。

“由于距离如此之近且如此明亮,这次爆发为我们提供了前所未有的机会来收集对整个电磁波谱余辉的观察结果,并测试我们的模型在多大程度上反映了GRB射流中真正发生的事情,”助理教授凯特亚历山大说。位于图森的亚利桑那大学天文学系。“二十五年运行良好的余辉模型无法完全解释这架飞机,”她说。“特别是,我们发现了一个我们不完全了解的新无线电组件。这可能表明射流内部有额外的结构,或者表明需要修改我们的GRB射流如何与周围环境相互作用的模型。”

喷射器本身并不异常强大,但它们非常狭窄——很像花园软管的喷射设置——而且其中一个直接指向我们,亚历山大解释道。我们越接近喷气式飞机的正面,它看起来就越亮。尽管射电能量下的余辉出乎意料地暗淡,但GRB221009A很可能会在数年内保持可探测状态,从而为追踪强大喷气式飞机的整个生命周期提供了一个新的机会。

爆发还使天文学家能够探测我们银河系中遥远的尘埃云。当瞬时X射线向我们行进时,其中一些被尘埃层反射,以X射线环的形式从爆发位置扩展,从而产生初始爆炸的扩展“光回波”。美国宇航局尼尔·盖瑞尔斯·斯威夫特天文台的X射线望远镜发现了一系列回声。ESA(欧洲航天局)的XMM-Newton望远镜进行的详细跟踪以及Swift数据表明,这些非凡的光环是由21个不同的尘埃云产生的。

“尘埃云如何散射X射线取决于它们的距离、尘埃颗粒的大小和X射线的能量,”布雷拉天文台和意大利梅拉泰国家天体物理研究所的研究主任塞尔吉奥·坎帕纳解释说。“我们能够使用这些环来重建爆发的部分即时X射线发射,并确定尘埃云在我们银河系中的位置。”

GRB221009A只是第七次显示X射线环的伽马射线爆发,它是之前所见数量的三倍。回声来自700到61,000光年之外的尘埃。最遥远的回声——在我们银河系的另一侧清晰可见——也在银河系中心平面上方4,600光年处,太阳系所在的平面。

最后,这次爆发提供了一个探索宇宙大问题的机会。“我们认为黑洞是吞噬一切的东西,但它们是否也会将能量还给宇宙?”马里兰大学巴尔的摩县和美国宇航局格林贝尔特戈达德太空飞行中心的天体物理学家MichelaNegro问道。

她的团队能够使用NASA的成像X射线偏振测量探测器探测尘埃环,以瞥见瞬时发射的组织方式,从而深入了解喷流的形成方式。此外,在余辉阶段观察到的小程度偏振证实了我们几乎直接正面观察了射流。

连同一个团队目前正在研究的类似测量结果,科学家们使用ESA的INTEGRAL天文台的数据,科学家们表示,有可能证明BOAT的喷气机是通过利用黑洞旋转放大的磁场能量来提供动力的。基于此类模型的预测已经成功地解释了这次爆发的其他方面。