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科学家沸腾了!研究表明伽马射线爆发需要两个条件,缺一不可

伽马射线爆发是宇宙的奇景之一,科学家称它为宇宙中最明亮的爆炸!

科学家沸腾了!研究表明伽马射线爆发需要两个条件,缺一不可

伽马射线暴可以追溯到1967年,当时美国国家航空航天局的科学家们注意到一些他们以前从未见过的来自外太空的闪亮存在。在后来被称为“船帆号事件”(Vela Incident)的事件中,多颗卫星观测到的伽马射线暴(GRB)如此明亮,其亮度一度超过整个星系。由于其惊人的能量和短暂的性质,天文学家一直渴望确定这些爆炸到底是如何以及为什么会发生的原因。

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经过几十年的观察,科学家们终于得出了这样的结论:当一颗大质量恒星变成超新星时,就会发生这些爆炸。然而最新研究表明,产生GRB的关键在于双星系统——也就是说,一颗恒星需要一个伴星才能产生宇宙中最亮的爆炸,也就是说这是重要的两个条件,即一颗主星,一颗伴星,两个条件缺一不可。

观测GRB的先决条件

通过这项研究,研究小组解决了长时间grb的核心谜题,即恒星到底是如何足够快地旋转起来,从而产生已经观测到的那种爆炸亮度。简单地说,当一些大质量恒星(大约是我们太阳的十倍大小)发生超新星爆炸并坍缩成中子星或黑洞时,就会发生grb。在这个过程中,恒星的外层被吹走,喷射出的物质压扁到新形成的残余物周围的圆盘上,以保存角动量。当这种物质向内下落时,这种动量以两极喷射的形式把它发射出去。

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这些过程被称为“相对论性喷流”,因为其中的物质被加速到接近光速。虽然grb是宇宙中最明亮的爆炸,但只有当其中一个极轴直接指向我们时,才能从地球上观测到它们,这意味着天文学家只能看到其中的10-20%过程。它们也是非常短暂的天文现象,持续时间从几分之一秒到几分钟不等。

此外,一颗恒星要以接近光速的速度沿着它的极轴发射物质,必须旋转得非常快。这对天文学家来说是个难题,因为恒星通常会很快失去自旋。为了解决这些悬而未决的问题,研究小组依靠一系列恒星演化模型来研究大质量恒星坍塌时的行为。

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这些模型是由新西兰奥克兰大学的Jan J. Eldridge博士在华威大学研究人员的帮助下创建的。结合一种称为双粒子群合成的技术,科学家模拟了数千个星系的粒子群,以确定产生grb的罕见爆炸发生的机制。

研究结果

从这一点上,研究人员能够限制导致某些坍缩恒星形成相对论性喷流的因素范围。他们发现,潮汐效应是唯一可能的解释,类似于地球和月球之间发生的现象。换句话说,长时间的grb发生在双星系统中,恒星在旋转中被锁在一起,产生了强大的潮汐效应,加速了它们的旋转。也就是说,伽马射线爆不仅要双星系统,还得是特殊的双星系统才会产生最明亮的爆炸!

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但问题是一颗恒星是如何开始自转的,还是如何随时间保持自转的。在研究中科学家发现,一颗恒星的潮汐对其伴星的影响阻止了它们减速,在某些情况下,还使它们旋转起来。它们从同伴那里偷走了转动的能量,结果是它们离同伴越来越远。目前我们已经确定的是,大多数恒星之所以快速旋转,恰恰是因为它们处在一个双星系统中。

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伽马暴是一种能量强大的伽马射线闪光,持续时间不到一秒到几分钟。然而它瞬间产生的能量相当于太阳燃烧一年份的能量,可想而知,其威力有多强大!关于伽马射线暴,我们要了解的不仅仅是其本身的起因,还有它的各种因素,包括关于产生伽马暴的恒星的金属丰度,也存在一个很大的难题。实际上科学家测量恒星的组成和伽玛射线爆发的主要途径主要是通过暴露在恒星大气中非常少的铁原子或其他重元素。这就是为什么我们看到伽马暴的恒星中有各种成分产生,这原本一直是个谜,而现在这个模型提供了一个解释。

展望未来

由于这项最新的研究和它提供的关于二元演化的结果模型,天文学家将能够预测产生GRB的恒星在温度、光度和伴星特性方面应该是什么样子。展望未来,我们将看到更多的现象,这些现象包括快速射电暴(FRBs),以及它们的成因(尤其是重复变化),甚至是更罕见的事件,如恒星转变为黑洞。

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