伽马射线暴

正伽马射线暴(简称伽马暴)是起源于大质量恒星坍缩(长伽马暴)或者致密双星并合(短伽马暴)等短时标极端剧烈的高能灾变天体,是宇宙大爆炸之后最猛烈的爆发现象,也是宇宙宏观速度最快的天体。伽马暴本身辐射及其余辉辐射来自新生黑洞或者磁星所驱动的极端相对论喷流,并且理论上预期其还伴随强引力波、高能中微子和高能宇宙线辐射。因此,伽马暴是研究黑洞     

核心坍缩超新星中心黑洞超吸积在星系尺度上的贡献

核心坍缩超新星(Core-Collapse Supernova,CCSN)是大质量恒星演化末期的爆发现象,产生了宇宙中大多数的中子星和恒星级黑洞等致密天体.爆发可能伴随着强磁场中子星或黑洞超吸积引发的剧烈长时标伽马射线暴.CCSN还被认为是宇宙重元素的主要来源之一.本综述介绍了我们近期对CCSN中心黑洞超吸积过程的系列研究成果,主要包括研究了大质量星系中心附近伽马射线暴余辉阶段,因大量暗物质粒子湮灭电子注入而引发的光变和能谱的形态变化,探讨了其作为暗物质探测手段的可能性;研究了坍缩星框架下,中微子主导吸积流外流对核合成的贡献,及对太阳临近空间、(活动)星系等化学组分和演化的影响;最后,从数值模拟角度讨论了CCSN起源的致密天体质量分布,给出了低质量间隙可能起源于CCSN爆发能量分布的结论.     

文化播报

<正>中国科学家实现人类首次大质量恒星死亡瞬间天文现象全过程记录6月9日，中国科学家实现人类首次大质量恒星死亡瞬间天文现象全过程记录的研究成果在线发表于国际顶级科学杂志《科学》。据了解，一颗质量是太阳20余倍的“超级太阳”恒星，在约20亿年前其核聚变燃料燃烧殆尽，在坍缩的瞬间引发了巨大的爆炸火球，产生了一个持续几百秒的巨大“宇宙烟花”伽马射线暴。火球与星际物质碰撞产生的大量万亿电子伏特高能伽马光子穿过茫茫宇宙，     

伽马射线暴从何而来——观测卫星正在日益揭开产生宇宙中最大规模伽马射线暴的神秘天体

“伽马射线暴”是指在遥远的宇宙深处产生能量强烈释放，导致在极短的时间之内，就有大量的伽马射线降临地球的现象。这种宇宙伽马射线暴究竟来自何处？很长时间以来都是一个谜，甚至被称为“天文学界的最大谜团”。近年来，随着人造观测卫星技术和数量的不断进步，人类正在逐步揭开宇宙伽马射线暴的起源之谜。特别是自2005年以来，利用美国的“雨燕”号探测器和日本Here-2号观测卫星的观测结果，更让人们在研究宇宙伽马射线暴的追本溯源方面，取得了比较大的进展。另外，在追踪宇宙伽马射线暴的研究过程中，使得人们对宇宙的诞生和演化等其他谜团，也有了更深刻的认识。本文所述正是有关宇宙伽马射线暴的研究方面的最新进展。[编者按]     

伽玛射线暴的高能辐射

伽玛暴是宇宙中最剧烈的恒星级高能爆发现象,一般被认为产生于大质量恒星死亡(一些爆发时标长于2 s的伽玛暴在观测上被证实与一类特殊的超新星成协)或者双致密星(比如双中子星系统)并合(这类并合时标很短,可产生时标短于2 s的伽玛暴).工作在8 ke V–300 Ge V能段的Fermi伽玛射线空间望远镜自2008年升空工作之后,伽玛暴瞬时辐射和高能辐射研究取得了重要进展.本综述将介绍Fermi卫星在过去几年内关于伽玛暴领域的一些重要观测结果,并着重介绍这些观测对探索伽玛暴物理(伽玛暴外流体的光球辐射、磁化、Ge V高能辐射起源),特别是Fermi卫星大面积望远镜(LAT)的高能(100 Me V)辐射观测对限制伽玛暴初始速度/洛伦兹因子,限制宇宙河外背景光模型以及检验光速不变原理等方面的主要研究进展.     

宇宙最大爆炸

宇宙最大的爆炸?是行星撞地球吗?老土了不是,行星撞地球和它相比,就好像萤火虫和太阳比亮度!这种神秘大爆炸每天在宇宙里要发生上百次,随便一次爆发,在20秒内发射出的能量就比太阳从诞生到现在整整100亿年里发射的能量还要多几百倍! 哦,究竟是什么样的爆炸这么牛气冲天?这就是天文学家说的“伽马射线暴”。可它到底是何方神圣?它为什么能产生这么巨大的能量?     

快速射电暴:捕捉前所未知的闪烁

<正>在天文学中,瞬变现象似乎总能吸引更多人的注意力。近如身边的太阳活动,远如宇宙边缘的伽马射线暴,长期以来都是研究者的关注焦点。近年来,一类全新的爆发、2007年秋季才公布于世的快速射电暴又成为天文界的新宠。这类发现不过10年的新式爆发以持续时间短、色散高、脉冲明亮且爆发率惊人而著称,不仅背后很可能与致密天体的奇特过程相关,更有潜力来充任探测遥远宇宙的媒介。但现在有关它的起源、产生机制以及多波段对应体的情况,却都还属于众说纷纭的未知数。     

高红移爆发源作为早期宇宙和第一代天体的探针

伽玛暴是宇宙中最为明亮的爆发现象,由于它们的高光度,人们可探测到发生在极早期宇宙处的伽玛暴.高红移伽玛暴可作为宇宙深处的灯塔,它们是探索早期宇宙性质的理想工具.利用高红移伽玛暴可以限制暗能量和宇宙学参数,测量高红移的恒星形成率,揭示第一代天体的性质,研究宇宙再电离和金属增丰历史.因此,高红移伽玛暴的观测具有重要的科学意义.相比目前的探测卫星,爱因斯坦探针(EP)拥有更高的灵敏度和更宽的观测视场,且主要观测能段为软X射线波段(0.5–4 keV),非常适合高红移伽玛暴的观测.考虑EP的能力和观测模式,并且借助能够很好解释目前Swift卫星的伽玛暴观测样本的理论模型,详细计算了未来EP对高红移伽玛暴的可能探测率.我们预测EP对z6伽玛暴的探测率约为20 events yr~(-1) sr~(-1),对z8伽玛暴的探测率约为6 events yr~(-1) sr~(-1),对z12伽玛暴的探测率约为1 events yr~(-1) sr~(-1).估计在3年的运行时间内,EP将能探测到约65个z6的伽玛暴,其中包括~20个z8的伽玛暴和~3个z12的伽玛暴.总之,EP有望显著提高高红移伽玛暴的观测能力,这些丰富的观测信息将很有可能揭开早期宇宙的部分科学谜团.     

宇宙大灾变爆炸星、黑洞及宇宙测绘

这是一本非常优秀的天文科普书籍，源于作者在大学开讲多年的公共入门课程，深入浅出地讲述了当代天文学和宇宙研究中非常吸引人的一些话题。内容远不止书名所涵指的超新星、伽玛射线暴等恒星爆炸现象，还有对恒星及双星的演化、吸积盘、白矮星、中子星、黑洞、宇宙加速膨胀等相关天文现象以及背后的物理所做的全面而清晰的阐述，     

天文学家观测到迄今最剧烈的宇宙爆炸

多国研究人员11月21日报告说，他们利用太空与地面望远镜，以前所未有的精度观测到迄今最亮的一个伽马射线暴，这也是人们观测到的最剧烈的一次宇宙爆炸。但让天文学家困惑的是，他们无法解释这次天文事件的发生。     

“拉索”探测到史上最亮伽马射线暴

<正>通过“拉索”探测到的大量高能光子,人类第一次完整记录下一颗大质量恒星死亡瞬间发出伽马射线暴的全过程。2023年6月9日,“拉索”对命名为GRB221009A的伽马射线暴的最新观测研究成果在线发表于《科学》(Science）杂志。经过几个月的分析,科学家揭开了这场爆炸事件的面纱。     

伽马射线暴喷发速度测定达光速99.999%

利用欧洲南方天文台LaSilla观测站(ESO La Silla Observatory)的REM自动天文望远镜,科学家首次测定了伽马射线暴(Gamma Ray Burst,简称GRB)的爆发速度。他们发现,剧烈爆发的物质的运动速度可以达光速的99.999%,     

快速旋转磁陀星驱动的类超新星现象研究概述

一颗快速旋转的高度磁化中子星(磁陀星)可能诞生于极端的恒星爆发或双致密星并合等过程.这一理论设想在近二十余年的伽马射线暴研究中常被提及且已受到诸多观测尤其是余辉观测的支持.因此,该新生磁陀星与这些爆发或并合产生的抛射物之间的相互作用及其产生的观测特征引起了人们的广泛关注.与此同时,近十余年来,随着宽视场高频次暂现源巡天项目的大量开展,人们陆续发现了为数不少的具有和普通超新星相似特征但又存在明显差异的光学暂现源现象,其典型代表有以高光度为主要特征的超亮超新星和以快速演化为主要特征的快变蓝色暂现源.这些现象为研究新生磁陀星驱动的类超新星爆发和辐射过程提供了现实途径.本文一方面概述了中子星的能量输出、中子星风和抛射物的相互作用及相应的辐射效应,主要包括抛射物热辐射主峰的增亮、主峰前由中子星风驱动的激波突破以及主峰后星风云非热辐射的泄漏等.另一方面,简要介绍了超亮超新星、伽马射线暴及其成协超新星或并合新星、快变蓝色暂现源等现象的主要观测特征,着重讨论了这些观测现象和中子星能源模型之间的相容性,以及模型和观测相结合所给出的参数限制.据此,可以更进一步地了解在相同的物理机制下产生不同观测现象的关键...     

元素：穿越时空的派对

我们的身体就铭刻着宇宙的历史。 研究表明，构成人体的各种元素全都是在恒星中产生出来的。 在恒星中产生的这些元素在发生恒星爆发一类事件时被抛洒到宇宙空间。到了大约46亿年前，散布在宇宙空间的这些元素在空间的某处聚集起来，终于诞生出地球，继而诞生出生命。     

重复快速射电暴FRB 121102白矮星和中子星双星模型的再研究

快速射电暴(FRB)是宇宙中忽然出现的短暂而明亮的射电爆发现象,它的物理起源至今还是一个谜.重复快速射电暴可能源于一个具有强偶极磁场的中子星和磁化的白矮星组成的致密双星系统.当白矮星充满它的洛希瓣时,物质将会通过拉格朗日点从白矮星转移到中子星.一次爆发之后,白矮星可能被踢开.对于唯一已知的重复暴源FRB 121102,总共探测到41次重复爆发.用已知的红移数据,根据41次重复爆发的数据,我们再次研究了白矮星-中子星的双星模型,肯定了这样一个间歇的洛希瓣外流机制可能可以解释FRB 121102的重复爆发行为,并且相邻爆发的时间间隔和其后的暴的流量之间不存在相关性,这也与我们的洛希瓣外流机制相符.     

科学触角

发现宇宙诞生之初的古老行星德国马普天文研究所的科学家发现了围绕一颗距离地球375光年的恒星运行的两颗巨大行星,这是迄今为止发现的最古老的行星系统。这颗恒星(编号HIP11952)和两颗行星的年龄有128亿岁,很可能是在宇宙     

洞悉炽热宇宙 我国第一颗空间天文观测卫星——硬X射线调制望远镜

<正>2017年6月即将发射升空的硬X射线调制望远镜将巡视整个银河系中的X射线源,详细研究X射线双星和脉冲星,甚至还能够监测伽马射线暴。很多前所未知的宇宙奥秘,都将因调制望远镜的登场而得以揭晓。仰望星空,宇宙似乎总是以空旷、冷寂、寥落、宁静的面貌出现在我们每个人眼前。但是,事实真是这样吗?在日复一日斗转星移的夜空中,潜伏的其实是一个极端炽热的高能宇宙,恒星与星系在幕后不断上演着生与死的故事。有时,我们也能窥见其中的片鳞半爪,例如超新星爆     

绚丽的超新星遗迹

<正>宇宙中的天体,生与死总是相依相伴。比如,中小质量恒星的死,伴随着白矮星和行星状星云的生;大质量恒星的死,伴随着中子星、黑洞和超新星遗迹的生。超新星遗迹,是大质量恒星死亡前发生灾难性的爆炸后,原来恒星包层中的物质被抛射到星际空间而形成的,而爆发后在中心留下来的核心就成了中子星或黑洞。超新星遗迹的诞生超新星遗迹的诞生,伴随着星体的剧烈爆发。这种爆发主要有两大类,一类是核燃烧导致的超新星爆发,另一类是常说的引力坍缩型超新星爆发。     

较差转动中子星放大磁场的数值计算与分析

存在较大较差转动角速度的中子星会由于磁冻结效应扭曲内部的径向磁场线,放大出一个超过1013T的环向磁场.这个环向磁场的磁浮力大于与其耦合的粒子的重力,能够携带物质冲出中子星外壳,形成喷发.基于此效应提出了较差转动中子星作为伽马射线暴(GRB)和伽马射线暴早期余辉中X射线耀发能源的两个模型,在不同的初始条件下做了数值计算和分析.根据计算得到的环向磁场的放大速度以及初始条件,指出了这两个模型存在的缺陷,最后提出较差转动中子星可作为快速射电暴(FRB)的能量来源.     

甚高能量宇宙伽马辐射宇宙尽头的重要窗口

伽马射线天文学是高能天体物理学的一个分支，它主要研究天空中高能伽马射线光子，因此在探索宇宙的最极端与最激烈形式的非热现象中起着关键性的作用。这门学科提供了现代天体物理学与宇宙学中的许多热门课题，例如：