迄今最亮的伽馬射線暴被探測！探秘宇宙中最強(qiáng)大的爆發(fā)

近日，我國的慧眼衛(wèi)星和極目空間望遠(yuǎn)鏡精確探測到了迄今最亮的伽馬射線暴，引發(fā)關(guān)注。那究竟什么是伽馬射線暴？這種爆發(fā)又有多么強(qiáng)大的能量和威力呢？

伽馬射線暴示意圖

時(shí)間回到20世紀(jì)60年代，美國啟動(dòng)“船帆座計(jì)劃”，發(fā)射12顆配備X射線探測器、伽馬射線探測器、中子探測器等設(shè)備的衛(wèi)星，探測近地和大氣層內(nèi)的核爆炸。這些衛(wèi)星于1963年至1970年間發(fā)射升空。1967年7月，衛(wèi)星首次發(fā)現(xiàn)：伽馬射線波段的信號突然增強(qiáng)又快速減弱，時(shí)間并無規(guī)律，但強(qiáng)度竟然超過全天伽馬射線的總和。

更重要的是，這個(gè)現(xiàn)象并非來自地球表面，而是來自宇宙，被稱為伽馬射線暴。此后，“船帆座計(jì)劃”連續(xù)多次觀測到類似現(xiàn)象，但由于伽馬射線暴持續(xù)時(shí)間短暫且方向很難確定，起初研究進(jìn)展十分緩慢。

1991年4月，該領(lǐng)域的專業(yè)衛(wèi)星——康普頓伽馬射線天文臺(tái)發(fā)射升空。此后的9年間，它共發(fā)現(xiàn)了2700多次伽馬射線暴，且它們在天空均勻分布，并非集中于銀河系。這意味著，伽馬射線暴的起源是在銀河系之外，再次證明了它具有令人難以置信的能量，所以能被遙遠(yuǎn)的我們觀測到。

那么伽馬射線暴釋放的能量有多大呢？1999年1月記錄的伽馬射線暴GRB 990123持續(xù)了1分鐘多。美國ROTSE-1光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在22秒后發(fā)現(xiàn)，它的光學(xué)對應(yīng)體從18等迅速增亮至9等，增加了約4000倍。之后根據(jù)光譜分析推算出，它距離我們大約90億光年。綜合計(jì)算顯示，此次伽馬射線暴釋放的能量超過了銀河系所有恒星自公元元年至今的總輻射能量！

后續(xù)研究表明，伽馬射線暴持續(xù)時(shí)間一般從0.01秒至1000秒不等，以2秒為界，分為長暴和短暴。長暴占總發(fā)現(xiàn)數(shù)量的70%，往往伴隨有明亮的余暉，在可見光、X射線等波段可以發(fā)現(xiàn)其對應(yīng)體。天文學(xué)家認(rèn)為，長暴經(jīng)常與大質(zhì)量恒星的“死亡”聯(lián)系在一起，起源于大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程中。短暴相對較少，近20年來天文學(xué)家僅定位了數(shù)十個(gè)短暴對應(yīng)體，認(rèn)為其起源于兩個(gè)致密天體（如中子星或黑洞）的合并過程。

2022年10月，有史以來最強(qiáng)的伽馬射線暴GRB 221009A持續(xù)了超過300秒，使諸多探測器“失明”，以至于天文學(xué)家無法直接記錄它的真實(shí)強(qiáng)度。諸多望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果顯示，此次伽馬射線暴堪稱“人類文明有史以來記錄到的最劇烈的一次”，比之前記錄的爆發(fā)還要亮70倍。我國的慧眼衛(wèi)星在硬X射線和軟伽馬能段對伽馬射線暴的瞬時(shí)輻射和早期余輝進(jìn)行了國際最高精度的測量。

伽馬射線暴對我們有多大影響呢？值得慶幸的是，迄今所有觀測到的伽馬射線暴都來自銀河系之外，對地球沒多大影響。如果在銀河系內(nèi)發(fā)生一次伽馬射線暴，預(yù)計(jì)對地球的生態(tài)系統(tǒng)將造成毀滅性破壞。

雖然地球大氣層可以有效吸收X射線和伽馬射線，但伽馬射線暴足以引起大氣中的氧氮化學(xué)反應(yīng)，增加的氮氧化物會(huì)大量消耗臭氧，導(dǎo)致地表的紫外線輻射加強(qiáng)，光化學(xué)煙霧彌漫，進(jìn)而削弱植物的光合作用，還會(huì)加劇酸雨現(xiàn)象……總之，距離數(shù)千光年的伽馬射線暴將在爆發(fā)后的數(shù)年內(nèi)逐步破壞地球的生態(tài)系統(tǒng)。有研究認(rèn)為，距今4.5億年前的奧陶紀(jì)-志留紀(jì)生物大滅絕很可能就是由伽馬射線暴引起的。（作者：葉楠）