伽马射线爆发多还是少？

最新研究表明，伽马射线爆发可能要少于想象中的


从坍缩恒星内部形成的黑洞中逸出的喷流。

（图片来源：奥戈特利布/西北大学）

有史以来第一次3D仿真模拟揭示了黑洞喷流形成，为什么神秘的伽马射线爆发看起来会闪烁，并表明这些神秘现象可能比天文学家想象中的要少。


伽马射线爆发是宇宙中已知存在的最明亮、最强大的闪光。首次被发现是1967年，当大质量恒星坍缩成黑洞时，这些物质射流以接近光速的速度喷射到太空中。于是这些令人眼花缭乱的光爆炸聚集，就会产生这些物质射流。

目前，每天卫星在宇宙中观测大约一个伽马射线爆发。然而，天文学家认为，每天可能会有多达500个在我们不知情的情况下在宇宙中闪现。新的研究表明，实际数字可能被高估了10倍。


这项研究由一组西北大学的天文学家负责，首次细节以3D形式仿真模拟了由坍缩恒星形成的黑洞喷流诞生。仿真模拟展示了，当一颗大质量恒星坍缩时，一个黑洞开始形成，在其中心周围环绕着坠落的物质。在一些案例中，这种物质可以在黑洞附近被加速成射流，从而逃脱黑洞的引力。所有这一切都在发生，在新生的黑洞外环绕包围着即将死亡的恒星。

“以前的研究尝试了解喷射流是如何运行的，但这些研究受到计算力的限制，还包括许多假设”西北大学天体物理学家，这项新研究的主要作者奥戈特利布在一份声明中表示，“我们能够从一开始就模拟喷射流的整个演变 - 从黑洞诞生开始 - 而无需对喷射流的结构进行任何假设。我们按喷流从黑洞一直到发射地点，这是一项前所未有的研究。


研究人员说，为了触发伽马射线爆发，喷流必须有足够的能量来突破坍缩恒星的包层并逃逸到周围的空间。

戈特利布说：“当喷流达到恒星大小的30倍或黑洞大小的一百万倍时，它会产生[伽马射线爆发]。“换句话说，如果黑洞有沙滩球那么大，那么喷射流需要扩大到整个法国的大小，然后才能产生伽马射线爆发。


仿真模拟首次揭示了，当坍缩恒星的物质落到黑洞周围的吸积盘上时，它会导致这个盘像陀螺一样倾斜和晃动。这种倾斜会影响喷射流的轨迹，与之前的假设相比，喷射流并不遵循恒定的直线。喷射流的这种摇晃解释了伽马射线爆发最大的谜团之一——它们的闪烁特性。


来自坍缩恒星的物质落到黑洞的吸积盘上并使其倾斜，导致相对一个摇摆不定的喷流。（图片来源：奥戈特利布/西北大学）

“伽马射线爆发的散发总是不规则的，”戈特利布说。“我们看到散发的峰值，然后是持续几秒钟或更长时间的静止时间。伽马射线爆发的整个持续时间约为一分钟，因此这些静止时间在总持续时间中是不可忽略的一部分。以前的模型无法解释这些静止时间的来源。关于这种现象，这种摇晃给了一个自然的解释。


就像来自灯塔的光束一样，当喷流指向地球时，伽马射线爆发才被天文学家看到。然而，喷流的晃动也意味着，比起科学家到先前估计的，实际上伽马射线爆发可以观察到的要多。

“观测到的速率和真实速率是不同的，因为我们只能看到指向我们的伽马射线爆发，”戈特利布说。“这意味着我们需要推测这些射线在天空中覆盖的角度，以便推断出伽马射线爆发的真实速率。也就是说，我们错过了多大部分伽马射线爆发。


这个新模型表明，晃动增加将伽马射线爆发的可观测性提高了十倍，这意味着在任何一天，宇宙中可能只有50次而不是500次。

这对地球上的我们来说可能是个好消息，因为离地球太近的伽马射线爆发会吹走地球大气层的很大一部分，尤其是臭氧层，它可以保护我们免受有害的紫外线辐射。

该研究于周三（6月29日）出版在《天体物理学杂志》上，并上传到预印本服务器arXiv.org上。

BY:Tereza Pultarova

FY: 佳米

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