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科学家们已经解开了长达35年之久的、一种剧烈瞬时闪光——即短伽玛暴的起源之谜。这些闪光比十亿颗太阳还要明亮，但只持续几个毫秒，完全快到令人无法捕捉……直到现在。 如果你猜到它可能与黑洞有关，那么你至少猜对了一半。短伽玛暴产生于黑洞与中子星，或者两颗中子星之间的碰撞。在第一种情况中，黑洞吞下中子星，变得更加巨大。在第二种情况中，两颗中子星会产生出一个黑洞。 点击图片查看大图+ 点击这里查看动画（请用QuickTime播放）上图：黑洞吞吃一颗中子星的过程。科学家们说，他们已经看到了令人兴奋的、一个黑洞吞食一颗中子星的第一项证据——黑洞先将中子星拉成一个月牙形，吞掉它，然后在随后的几分钟到数小时内，吞咽下破裂恒星的碎屑。 Credit: Dana Berry/NASA伽玛射线暴，已知最剧烈的*，最早是在1960年代末期被检测到的。它们是随机的，短暂的，可以发生在天空的任何区域。试着在一个巨型体育馆中寻找一次相机闪光的位置，你就能体会到伽玛暴搜索者们所面临的巨大挑战。使用众多地基望远镜和NASA卫星的科学家们之间的空前协调合作才最终解决了这个谜题。 两年前，科学家们发现，持续时间超过2秒的长伽玛暴是由超大质量恒星的*所产生的。然而，还有大约百分之三十的伽玛暴是短于两秒的。 自从五月以来，共有四次短伽玛暴被检测到。其中两次成了10月6日《自然（Nature）》上四篇论文的重点研究对象。七月的一次伽玛暴提供了确凿无疑的证据，支持了碰撞理论。另一次伽玛暴则更进了一步，提供了兴人兴奋的、一个黑洞吞食一颗中子星的第一项证据——黑洞先将中子星拉成一个月牙形，吞掉它，然后在随后的几分钟到数小时内，吞咽下破裂恒星的碎屑。 这些发现也许还会对引力波的直接探测有所帮助，此前它们从未被直接看见过。这样的并合会产生引力波，即时空涟漪。短伽玛暴可以告诉科学家寻找这些涟漪的时间和地点。 “伽玛暴通常是出了名地难以研究，而最短的伽玛暴更是几乎不可能被捕捉到的，”NASA哥达德太空飞行中心的尼尔·格雷斯博士（Neil Gehrels）说，他是NASA雨燕号（Swift）探测器的首席研究员，也是《自然》杂志上其中一篇论文的第一作者。“这一切都已经改变了。我们现在已经拥有了研究这些事件的称手工具。” 点击图片查看大图上图：这些哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）拍摄的照片显示了正在变暗的余辉和它的寄主星系，这个短伽玛暴是在2005年7月9日被HETE卫星检测到的。这些照片分别拍摄于伽玛暴之后的5.6、9.8、18.6和34.7天。明亮的点状余辉位于左侧，在伽玛暴之后的一个月时间内逐渐变暗。照片中的颜色表明了哈勃的高新巡天相机在红光（814纳米）波段中所见到的光强。Credit: Derek Fox/Penn State University雨燕号探测器在5月9日检测到了一次短暴，NASA的高能瞬变现象探测器（High-Energy Transient Explorer，缩写为HETE）在7月9日检测到了另一次短暴。这就是《自然》杂志关注的两次伽玛暴。雨燕号和HETE探测器迅速而自动地通过手机、传呼机和电子邮件等方式，将伽玛暴的坐标发送给科学家和观测者们。 5月9日的事件标志着科学家们第一次辨认出了一个短伽玛暴余辉，通常余辉会出现在长伽玛暴之后。（上海网上天文台曾经对此有过报道，详见《终于拿下！雨燕锁定短伽玛暴》一文。）《自然》杂志上新公布的结果描述了对两次伽玛暴余辉的彻底分析，确定了短伽玛暴的起源。 左图：哈勃太空望远镜拍摄的余辉和寄主星系周围天区的照片，这个短伽玛暴是由HETE在2005年7月9日发现的。圆圈表明了HETE探测器看见伽玛暴出现的天区；按照HETE小组的说法，我们可以在这片区域中找到这个伽玛暴。内部的方框表明了X射线和光学余辉最终被找到的位置。照片中的颜色表明了哈勃的高新巡天相机在红光（814纳米）波段中所见到的光强。点击图片查看大图Credit: Derek Fox/Penn State University“我们早就有一个预感，短伽玛暴来自于一颗与黑洞或者另一颗中子星相撞的中子星，但是 只有这些新的检测结果才确证了这一点，”宾州州立大学的德里克·福克斯博士（Derek Fox）说，他是《自然》杂志上另一篇详述多波段观测的论文的主要作者。 福克斯的小组利用NASA的钱德拉（Chandra）X射线天文台发现了7月9日伽玛暴的X射线余辉。然后，一个由哥本哈根大学的因斯·荷芙教授（Jens Hjorth）领导的小组利用智利La Silla天文台上的1.5米丹麦望远镜辨认出了光学余辉。然后福克斯的小组又利用了NASA的哈勃太空望远镜、智利Las Campanas天文台的du Pont and Swope望远镜、夏威夷莫纳克亚山上的昴星团（Subaru）望远镜、以及美国新墨西哥州的甚大阵（VLA）射电望远镜，对余辉进行了深入的研究。 点击图片查看大图上图：雨燕号拍摄的两次短暴的天区照片。左侧是GRB 050509b的照片。蓝圈表明了雨燕号伽玛射线望远镜确定的位置，红圈表明了雨燕号X射线望远镜确定的位置。右测是GRB 050724的照片。红圈是雨燕号X射线望远镜确定的范围，小圆圈和十字标记是根据可见光、X射线（钱德拉）和射电观测确定的精确位置。在两个案例中，伽玛暴似乎都与一个明亮的椭圆星系联系在一起。Credit image 1: Rhaana Starling/Univ. Amsterdam, Jens Hjorth/Univ. Copenhagen.Credit image 2: Gianpiero Tagliaferri/Osservatorio Astronomico di Brera.对7月9日的伽玛暴，即GRB 050709所做的多波段观测，为解决短暴之谜提供了所需的全部拼图。 “强大的望远镜没有在伽玛暴变暗时，检测到任何超新星，反驳了大质量恒星*的理论，”麻省理工大学的乔治·瑞克博士（George Ricker）说，他是HETE的首席研究员，是《自然》杂志上另一篇论文的合作者之一。“7月9日的伽玛暴就像是那条不会吠的狗一样。（译注：会叫的狗不咬人，咬人的狗不会叫， 大概这个意思。）” 瑞克补充说，7月9日的伽玛暴，可能还有5月9日的伽玛暴都位于它们寄主星系的边缘，这里正是年老的、正要并合的双星应该出现的位置。短伽玛暴被认为不应该出现在年轻的、恒星正在形成的星系之中。两颗构成一个双星系统的大质量恒星需要花费数十亿年时间，才能先演化到黑洞或中子星阶段，然后再逐渐并合。一颗恒星转变为黑洞或中子星的过程包含了一场*（超新星），会将这个双星系统从原先的位置上踢开，外移到寄主星系的边缘。右侧的动画：不同的天文台对2005年7月9日伽玛暴余辉的观测对比。一个由德里克·福克思领导的小组利用NASA的钱德拉X射线天文台发现了X射线余辉；一个由哥本哈根大学的因斯·荷芙教授领导的小组利用智利La Silla天文台上的1.5米丹麦望远镜辨认出了光学余辉。福克斯的小组还利用NASA的哈勃太空望远镜对伽玛暴余辉进行了进一步的研究。点击图片查看动画（请用QuickTime播放）Credit: NASA, University of Copenhagen. Visualization credit: Mike McClare/NASA GSFC.7月9日的伽玛暴和随后7月24日的伽玛暴显示出了独特的信号，表明那并不只是年老恒星间的并合，而是更加特别的黑洞与中子星之间的并合。科学家们看见了最初的伽玛暴之后出现的X射线尖峰。一闪而过的伽玛射线部分很可能就是黑洞吞吃中子星大部分躯体的信号。而在几分钟到数小时之内随之而来的X射线信号，则可能是中子星残余的碎屑落入黑洞所形成的，有点类似于饭后甜点。 还有更多。并合事件会产生出引力波，即爱因斯坦所预言的时空波纹，但却从未被直接检测到。7月9日的伽玛暴发生在大约20亿光年以外。一个更靠近地球的巨大并合事件可以被美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台（LIGO）检测出来。如果雨燕号检测到一个邻近的短伽玛暴，LIGO的科学家们就有了精确的时间和地点，可以回头检验他们的数据了。 “这对于LIGO来说，是个好消息。”加州理工大学LIGO实验室的艾伯特·拉泽里尼博士（Albert Lazzarini）说。“短暴和并合之间的关联使得LIGO的预计的事件检测率更加稳固，它们似乎与以前的乐观估计更加一致。而且，观测还提供了黑洞与中子星并合的令人兴奋的线索。在未来 持续一年的LIGO观测中，我们也许会检测到来自于类似事件的引力波。” 黑洞与中子星的并合所产生的引力波比两颗中子星的并合要更加强大。现在的问题是，这样的并合会有多普遍，距离会有多近。2004年11月发射升空的雨燕号探测器将会回答这个问题。 |
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