確認有史以來最強伽瑪射線暴,單顆光子能量高達1 兆電子伏特
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伽瑪射線暴(Gamma-ray burst,GRB)是指天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內暴增,持續時間介於0.01~1,000 秒,爆發後一兩秒內,其亮度與除它以外的 ...
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宇宙中已知最明亮的爆炸類型是伽瑪射線暴,1秒鐘內就能產生比太陽釋放一輩子還要多的能量。
而最近一個國際天文團隊發現2個新的伽瑪射線暴事件,其中一個產生了迄今為止最強大的單顆光子能量,高達1兆電子伏特。
1960年代末期,美國原本發射用來監視蘇聯核試驗的衛星,偵測到一些來自宇宙迅速增強又減弱的伽瑪射線,自此天文學家知道宇宙有這種高能現象,並開始結合太空及地面望遠鏡進行研究。
伽瑪射線暴(Gamma-rayburst,GRB)是指天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內暴增,持續時間介於0.01~1,000秒,爆發後一兩秒內,其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。
短暫而強烈的伽馬射線暴爆發之後與周圍氣體相互作用,會導致現場留下輻射「餘輝」,根據波段不同分為X射線餘輝、光學餘輝、無線電餘輝等,X射線餘輝通常能持續幾個星期,光學餘輝和無線電餘輝則能持續幾個月到一年。
過去幾十年來,我們對伽馬射線暴的理解,大都是透過觀察低能餘輝得到的結論。
所幸科學家發現地球大氣層可以非常有效地吸收伽馬射線,當伽馬射線接觸大氣層時會產生契倫科夫輻射(Cherenkovradiation)這種藍色輝光,於是天文學家開始嘗試利用契倫科夫望遠鏡捕捉這種藍光,反追蹤伽馬射線暴的來源與強度。
▲ 契倫科夫輻射。
(Source:DESY)
有關伽瑪射線暴從哪來的問題,一些科學家猜測它來自兩個緻密天體合併,如雙中子星或雙黑洞,也有科學家認為它是在大質量恆星經歷「極超新星(superluminoussupernova、hypernova,也稱駭新星)」爆炸、演化成黑洞的過程中產生。
只不過伽瑪射線暴平均每天僅觀察到1次,而且每次都是毫無預警地出現,所以一捕捉到線索,其他望遠鏡就要立刻跟進觀察以免錯過。
2018年7月20日,NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡向全球發出了GRB180720B新伽瑪射線暴警報,高能立體視野望遠鏡(HighEnergyStereoscopicSystem,H.E.S.S.)隨後跟進檢測,測得GRB180720B距離地球約60億光年,單個光子能量約0.1~0.44TeV。
2019年1月14日,費米伽瑪射線太空望遠鏡、尼爾·格雷爾斯雨燕天文衛星(NeilGehrelsSwiftObservatory)上的紫外/光學望遠鏡(UVOT),又各自在天爐座(Fornax)方向發現了一道伽馬射線峰值,初估距離地球70億光年遠,2顆太空衛星在22秒內立刻向地面上的合作天文台發出GRB190114C伽瑪射線暴警報。
隨後總共逾20個天文台跟進追蹤GRB190114C,其中MAGIC伽馬射線望遠鏡(MajorAtmosphericGammaImagingCherenkovTelescopes)的設計非常輕巧,能夠迅速重新指向(雖然一座望遠鏡重達64噸),在收到警報後27秒內立刻瞄準GRB190114C,並因此發現了有史以來最高能量的光子、確定GRB190114C距離地球約45億光年。
(Source:倫敦大學學院)
開始觀測的20分鐘內,德國電子加速器(DESY)MAGIC研究小組從GRB190114C事件中檢測到數千個光子,而單顆光子能量竟高達0.2~1TeV,是我們周圍可見光光子能量的近1兆倍(可見光光子能量僅約1eV),更超越了先前伽瑪射線暴「GRB130427A」事件中單顆光子的最高能量紀錄0.094TeV。
先前的伽瑪射線被認為由同步輻射過程所引起,然而科學家指出,單靠同步輻射機制無法促成這次的超高能伽瑪射線能量,後者可能由另一種稱為「逆康普頓散射」的機制推動,這個基本理論在20多年前就已問世,但苦於沒有證據,這回終於證實。
相關的3篇新論文都發表在《自然》(Nature)期刊。
Howtwogamma-rayburstscreatedrecord-breakinghigh-energyphotons
Cosmicexplosions:detectingthehighest-energylight
Gamma-RayBurstswithrecordenergy
Extremeemissionseenfromγ-raybursts
Acollapsingstarinadistantgalaxyfiredoutsomeofthemostenergeticgammarayseverseen
StrongestGamma-RayBurstsEverRecordedAreIlluminatingtheUniverse’sMostPowerfulExplosions
TheMostPowerfulExplosionsintheUniverseEmitWayMoreEnergyThanAnyoneThought
(首圖來源:DESY)
延伸閱讀:
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關鍵字:GRB180720B,GRB190114C,伽瑪射線,伽瑪射線暴,光子,同步輻射,極超新星,逆康普頓散射
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