一幅伽玛射线爆发的插图，它是从一颗正坍缩的大品质恒星周围的致密生态中爆发出来的(图片来源:uux.cn/美国全国航空航天局、欧洲航天局和M. Kornmesser)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（罗伯特·李）：伽马射线爆发是已知宇宙中最强大和最猛烈的爆炸。这些短暂的高能闪光来自宇宙中一些最具爆炸性的事情，含有黑洞的诞生和中子星之间的碰撞。
依据美国全国航空航天局的聚焦上影节快报说法，持续几毫秒到几分钟的伽玛射线暴可以比普通的超新星亮几百倍，使它们像一百万万亿个太阳一样明亮。所以，当GRB爆发时，它会短暂地变成可观测宇宙中最亮的电磁辐射源。
第一次观测到GRB是在1967年7月2日，这要归功于Vela 4A卫星，它是一系列X射线、伽马射线和中子探测航天器的一若干，旨在监测苏联或其他全国的任何核使用。GRB在1969年被记录在案，并在1973年察觉解密后发表在一篇论文中。1971年至1973年间，洛斯阿拉莫斯全国评测室的科学家们检查了由Vela卫星探测到的几个伽玛射线暴，并确定伽玛射线暴的确是“宇宙起源的”。
从那时起，科学家们就对这些巨大的宇宙爆炸及其来源着迷。
卡耐基梅隆大学麦克威廉姆斯宇宙学中心的博士后布伦丹·奥康纳告诉Space.com:“伽马射线暴是宇宙评测室，它让我们能够探究在地球上无法复制的物质和物理状态。”。
奥康纳专门探究大规模宇宙爆炸，他阐释说，与伽马射线暴有关的伽马射线辐射是由以接近光速移动的准直物质射流形成的——所谓的相对论速度——这使得科学家可以探究相对论粒子的发射机制。
他补充说:“伽马射线爆发在宿主星系及其周围生态中的位置告诉我们祖先操控系统的形成和演化，提供了对宇宙时代恒星演化和恒星形成的透彻知晓。”
伽马射线暴普遍难题什么导致了伽马射线爆发？
伽马射线爆发的缘由取决于它持续的时间。持续时间不到两秒的grb是由两颗中子星合并或者一颗中子星和一个黑洞合并而成的。更长的伽玛暴可以持续几个小时，当大品质恒星坍缩并形成黑洞时触发。在这两种状况下，解读MV首发热点科学家都觉得伽玛射线暴是由加速到大约99.9%光速的粒子喷流导致的。
伽马射线爆发的威力有多大？
Radboud大学教授Andrew Levan强调，在短短几秒钟内，伽马射线爆发可以释放出相当于太阳在其全部90亿年生命中所释放的能量。
银河系中会发生伽马射线暴吗？
grb似乎与处于激烈恒星形成过程中的星系关系最为密切，这一时期我们的星系似乎在20亿至30亿年前已然成熟。但是，银河系充满了标志着大品质恒星死亡的超新星遗迹，表明我们的星系曾经是伽玛暴的家园。
伽马射线暴会像炸弹一样引爆吗？
科学家曾经觉得，宿主星系中的GRB“爆炸”会杀死该星系中的所有生命。这种想法如今已然被大多数人摒弃了，由于伽马射线暴不像炸弹那样引爆，而是像灯塔一样将能量推动到两个狭窄的光束中。但是，这并不意味着它们是完全可靠的。欧洲航天局(ESA)强调，在这种光束200光年范围内捕捉到的任何东西都有或许被蒸发。
各异类型的伽马射线爆发
哈勃太空望远镜的宽视场摄像机3揭示了GRB船和它的宿主星系的红外余辉(圆圈),看起来像一条延伸到爆发右上角的狭长光线。这张合成图像包含了2022年11月8日和12月4日取景的图像，时间是火山爆发后的一个月和两个月。(图片鸣谢:uux.cn/NASA、ESA、CSA、STScI、A. Levan (Radboud大学)；图像处理:Gladys Kober)
1991年4月，美国航天局在康普顿伽马射线天文台上开启了爆发和瞬态源评测，这是一个全天探测器，任务是探测、定位和探究伽马射线暴。一年之内，BATSE每天探测到大约一个GRB，该航天器持续开展有史以来第一次伽马射线全天调研。依据Swinburne天体物理学和超级计算中心的说法，这揭示了GRB源在宇宙中差不多是成年人的生活：有些路只能一个人走均匀分布的。但是，它们通常与昏暗遥远的星系联系在一起。
BATSE提供的众多GRB资料还显示，这些强大的高能光子爆发有两种相当遥远的类型:持续时间不到两秒的短持续时间伽玛暴和持续时间从两秒到几百秒乃至几个小时的长持续时间伽玛暴。
探究人员觉得各异持续时间的伽马射线来自各异的来源，但这两种各异的GRB发射机制都或许导致黑洞的形成或现有黑洞的增长。
“伽玛射线暴首要追踪大品质恒星的爆炸死亡，形成持续超过两秒钟的初始伽玛射线辐射，”奥康纳说。“但是，事情的一个较小子集是由两个致密物体，通常是两颗中子星的灾难性碰撞形成的。这些事情被称为短时伽马射线爆发，持续时间不到2秒。”
长持续时间伽马射线爆发
到当下为止，持续时间长的伽马射线事情约占这类伽马射线事情的70%,与大品质恒星核心的坍塌有关，起始品质是太阳的5到10倍。当大品质恒星耗尽核聚变的燃料，无法再抵抗自身向内的引力作用时，就会发生坍缩。随着这颗垂死恒星的核心坍塌，外层被巨大的超新星爆发出来。依据美国宇航局的说法，这意味着当天文学家察觉一个长时间的GRB时，他们也预计几周后会目睹一颗明亮的超新星。
当新生的黑洞着手以曾经是恒星外层的周围物质为食时，垂死恒星的GRB就形成了。强大的磁场将带电物质推动到新黑洞的两极，在那里，它以接近光速的两个极喷流喷出。这些喷流在穿过周围的恒星物质时会发出X射线和伽马射线，这些初始的高能发射之后会形成穿过电磁波谱的余辉。
伽玛暴和大品质塌缩恒星之间的联系在2003年3月得到了证实，当时被命名为GRB 030329的GRB追踪到一颗品质为太阳25倍的恒星塌缩时形成的光学余辉，以及能量最高的详细CPU性能合集超新星类型:超新星。
这些持续时间更长的伽马射线暴似乎也与宇宙中正历程恒星密集形成期的区域有关。
“几十年来，伽马射线爆发的起源一直是个谜，”奥康纳说。“这在很大程度上是由于它们过去在天空中的定位不佳，这排除了在其他波长上的观测。在更长的伽玛暴和它们的余辉最后被精确定位后，许多过去的谜团迅速消失了。对它们的宿主星系、距离和有关超新星的确认清楚地表明了它们的大品质恒星起源。”
短时伽马射线爆发
持续时间不到两秒钟的短时伽玛暴之谜对科学家来说有点难以解开。这是由于这些高效事情太快了，科学家们无法详尽探究。这种状况在2004年着手改变，美国全国航空航天局的尼尔·格里尔斯·斯威夫特天文台发射升空，该天文台强大到足以察觉这些短暂爆发的余辉。
2005年，天文学家确定，短暂伽马射线暴与两颗中子星的碰撞和合并有关，这是当大品质恒星不够重而无法形成黑洞时留下的致密恒星尸体，或者是黑洞和中子星之间的合并和碰撞。
短时伽玛暴的合并模型表明，双星操控系统中的中子星螺旋在一起，这是由于角动量经由引力波被带走，引力波是时空中的微小波纹，由阿尔伯特·爱因斯坦在1915年首次预测。它们靠得越近，引力波的频率就越高，所以从双星操控系统中消耗角动量的速度就越快。
最后，中子星碰撞并合并形成了一颗超大品质中子星，它迅速坍缩形成了一个黑洞。这引发了引力波的最后爆发，称为基洛诺瓦的电磁辐射爆发，以及经由中子星物质的相对论性外流形成的GRB。当黑洞与中子星碰撞时，中子星物质也会发生同样的喷射。这就是为什么两颗中子星的合并或一颗中子星与一个黑洞的合并会触发GRB，但两个黑洞的合并不会触发——在后一种事情中，没有中子星物质被喷射出来。
这种对短伽玛暴的探究得到了引力波探测器的进展的扶持，如激光干涉仪引力波天文台(LIGO)，它可以从这些合并事情中拾取时空波纹，所以探究人员可以检索与短伽玛暴有关的合并。
2017年，LIGO和它的引力波探测器处女座接收到了一个引力波通讯，据信这是壳椭圆星系NGC 4993中发生的中子星合并的结局。在探测到这一被命名为GW170817的通讯后，察觉了一个不到2秒的伽马射线爆发，来自同一近似空间区域。它被命名为GRB170817A，被觉得是这次合并形成的相对论喷流的结局。
“由于引力波和对双星中子星合并GW170817的测试，我们在长持续时间伽玛暴中目睹的相似革命如今已然在短持续时间伽玛暴中着手了”——这是第一次在电磁辐射中目睹并经由引力波“听闻”的中子星合并——“这合作了我们对这些短持续时间爆发的理解，”奥康纳说。
但是，在2022年末，由西北大学探究员Jillian Rastinejad领导的一个天文学家小组察觉了一些令人惊讶的事情:一个与中子星合并有关的50秒长的GRB。
Rastinejad在察觉时的一份告示中说:“这一事情看起来各异于我们过去从长伽马射线爆发中目睹的任何事情。”“它的伽马射线相似于大品质恒星坍塌形成的爆炸。鉴于我们观察到的所有其他证实的中子星合并都伴随着持续不到两秒钟的爆发，我们有充分的理由预计这50秒的GRB是由一颗大品质恒星的坍缩形成的。这一事情代表了伽马射线爆发天文学的一个令人兴奋的范式转变。”
迄今为止最明亮的伽马射线爆发
在爆发一小时后，斯威夫特X射线望远镜观测到了有史以来最亮的伽马射线爆发。(图片鸣谢:uux.cn/NASA/Swift/A. Beardmore(莱斯特大学))
迄今为止观测到的最引人注目的伽玛射线暴之一被称为“有史以来最亮的”，或船，GRB。2022年10月9日，西北大学物理和天文学系助理教授方文辉和她的团队察觉了它，含有奥康纳在内的另一个团队也观察到了它。
奥康纳说，权威命名为GRB 221009A的这次爆炸不只是有史以来能量最大的一次，并且距离地球如此之近，其亮度似乎是有史以来观测到的第二亮事情的70倍左右。在察觉的时候，他告诉Space.com的姐妹站点Live Science，这艘船或许是由一颗品质相当于30个太阳的恒星爆炸发射的。事实上，这次爆炸或许是自大爆炸以来宇宙中最大的爆炸。
在GRB 221009之前，有史以来见过的最强大的GRB是GRB 190114C，它是由拉德布德大学天体物理学教授安德鲁·莱万及其团队在2019年使用美国宇航局的尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台和费米伽马射线太空望远镜察觉的。
“尽管我们或许会觉得GRB 221009A很近，比典型的爆发近20倍，但它依然距离地球24亿光年，”奥康纳强调。“即使在这个距离，辐射也是如此强烈，以至于它短暂地分散了地球的电离层，作用了无线电波通信。这表明了伽马射线爆察觉象到底有多么具有爆炸性，以及我们是多么幸运，它们不太或许在我们自己的星系中发生。”
假如地球被伽马射线爆发击中，会发生什么？
伽马射线爆发发生在中子星碰撞或巨星爆炸成黑洞时，释放出超高能光子射流，看起来像手电筒的窄光束。(图片鸣谢:uux.cn/欧洲南方天文台)
假如我们的星球被GRB击中，这对地球上的生命意味着什么？
“从技术上讲，地球一直都在被伽玛射线暴撞击；这就是我们如何察觉它们的，”西北大学天文学博士生Genevieve Schroeder告诉Space.com。“我们的臭氧层在保护我们免受最具破坏性的光子伤害方面做得相当好，这就是为什么我们的伽马射线望远镜都是大气层外的卫星。”
施罗德阐释说，我们探测到的所有伽马射线都来自银河系以外的星系，所以在这些状况下，伽马射线到达我们这里时并不强大，所以不会构成太大的威胁。但是假如GRB发生在离我们很近的地方并直接撞击地球，对我们星球的臭氧层来说或许是灾难性的，她补充道。
施罗德说:“我们所得知的生命假如没有被完全毁灭，也会发生巨大的转变。”。
事实上，地球上的生命或许已然感受到了GRB的愤怒。2004年，堪萨斯大学的Brian Thomas和他的同仁提出，地球上第二大物种灭绝或许是GRB撞击地球的结局。
大约发生在4.4亿年前，奥陶纪末期的灭绝导致三分之二的物种灭绝，这是臭氧消耗和冰河时代着手的结局，冰河时代或许是由地球宇宙后院的GRB引发的。但是，我们的星球不太或许不久就能目睹GRB的镜头。
“谢天谢地，地球最近的恒星邻居并不真的是形成伽马射线暴的类型，事情的频率足够少见，所以我们应该是可靠的，”施罗德说。
伽马射线专家问答
吉纳维芙·施罗德天文学博士生
吉纳维芙·施罗德是西北大学天文学博士生。施罗德致力于伽马射线爆发的宽带观测，她专门探究这些事情的无线电跟踪。
我们向西北大学天文学博士生、天体物理学跨学科探索与探究中心(CIERA)成员吉纳维芙·施罗德(Genevieve Schroeder)询问了一些重大的伽马射线爆发难题。
什么是伽马射线暴？
顾名思义，伽马射线爆发是我们探测到的伽马射线爆发。如此高能量的爆发意味着伽玛射线暴是全部宇宙中最具能量的爆发之一。
伽马射线爆发有各异的类型吗？
是的，依据我们探测伽马射线的时间长短，有两类伽马射线。短伽马射线辐射通常短于两秒钟，它们来自两颗中子星的碰撞。长伽马射线辐射通常超过两秒钟，它们来自一颗正死亡的大品质恒星。我们得知这些事情导致了伽玛暴的形成，由于我们已然目睹了这些事情的其他特征。
例如，我们已然目睹几个长伽玛暴也有一个重合的超新星，证实它们来自一个单一的大品质恒星死亡。我们也有一个短GRB，170817A，LIGO探测到来自两个中子星在同一时间和位置合并的引力波。另外，中子星合并会形成重的、富含中子的喷出物，这些喷出物会放射性衰变，形成一个千新星，可以在红外波段探测到。我们有几个短的伽玛暴声称探测到了基洛诺瓦。
我们得知，以便形成GRB，你需要一个相当紧凑的源——要么是一个黑洞，要么或许是一个高效旋转的中子星。经由对星系的探究，我们还得知，大多数长伽玛暴发生在恒星形成的星系中，它们的品质比银河系小，金属含量也低，而短伽玛暴的宿主星系要多样化得多。
你的岗位与伽马射线爆发有什么关系？
当GRB发生时，它会形成伽马射线和其他物质。当这种材料与周围所有其他尘埃和粒子相互作用时，它会激发这种材料，然后形成从X射线到无线电波段的发射，称为“余辉”。我专门观察射电波段的伽玛暴，我的岗位之一就是观察并使用探测射电余辉。我们可以经由模拟X射线到射电余辉来更好地理解GRB的能量和生态。我以这种方式写过两篇论文:一篇是我模拟了几个带有射电余晖的长而含混的伽玛暴，另一篇是我模拟了一个带有射电余晖的短GRB，它有着意想不到的重新变亮。
我探究的另一个方面是在短伽玛暴被探测到几年后，用射电望远镜追踪它们。假如两颗中子星相撞，它们有或许不会形成黑洞，而是形成另一颗更大品质的中子星，具有强大的磁场——磁星。这颗磁星将高效旋转，并或许激发其周围的基洛诺瓦物质，导致这些物质在GRB被探测到几年后形成无线电通讯。我一直在寻找这个射电通讯，尽管我还没有探测到它，但我的确写了一篇论文，跟踪了附近的九个短伽玛暴。
是什么让伽马射线暴变得神秘？
伽玛暴在很多方面都很神秘。一个悬而未决的难题是，GRB是由黑洞中心引擎形成的，还是中子星也能形成一个。人们正做众多的岗位来模拟伽马射线暴，试图理解它们最初是如何形成的。另一个悬而未决的难题与弥合持久和短暂差距的伽马射线暴有关。也就是说，你或许有一个“长”GRB，但所有迹象都指向中子星合并，或者你有一个“短”GRB，有一颗超新星与之有关，所以它显然来自一颗垂死的恒星。我们仍在试图知晓有多少这样的冒名顶替者。
最近有哪些令人兴奋的伽马射线爆发进展？
在过去的几年里，已然探测到了几次相当奇怪的伽马射线暴。GRB 211211A是2022年12月探测到的长GRB。即使它在技术上被归类为“长”，进一步的观察揭示了一个基洛诺瓦，这意味着这个GRB实际上来自中子星合并。
GRB 221009A，也被称为船——我的导师方文辉(Wen-fai Fong)创造的“有史以来最亮的”——顾名思义，是我们探测到的最亮的GRB。许多论文试图理解是什么导致了这次爆发如此明亮。然后我们有一个相似于GRB 211211A和221009A的爆发:GRB 230307A。GRB 230307A相当明亮(但没有船亮)，尽管也有潜在的基洛诺瓦探测，但也有很长的持续时间。总的来说，我们察觉了越来越多考验传统分类模式的事情，并促使我们经由这个新的“镜头”重新审视历史事情。
伽马射线爆发科学的地平线上有什么让你兴奋的东西？
我们对当前和前方的引力波观测充满期盼，我们将探测到更多与中子星合并另外发生的短grb。在接下来的十年中，还有许多新的GRB卫星正打算和发射，这将有助于我们更好地探测和理解这些事情。在无线电跟踪方面，我对下一代射电望远镜感到兴奋，这将使我们能够更好地探测这些事情。