這是科學(xué)家對今年7月2日一次奇特伽馬暴的一種解釋。

藝術(shù)家描繪的一個恒星級黑洞，正在吞噬它的伴星。這是科學(xué)家對今年7月2日一次奇特伽馬暴的一種解釋。該次伽馬暴持續(xù)了7個小時。一種可能是，黑洞進入恒星內(nèi)部，由內(nèi)而外地迅速吞噬了它，并釋放出強烈的伽馬射線。

NASA / LSU / Brian Monroe

天文學(xué)家今年7月2日發(fā)現(xiàn)了一個極為異常的現(xiàn)象。他們偵測到了一個來自80億光年外的神秘伽馬射線暴，其產(chǎn)生的強烈伽馬射線信號持續(xù)了約7個小時之久，竟沒有一臺望遠鏡能夠從頭到尾跟蹤完它。而在經(jīng)過深入的分析之后，人們發(fā)現(xiàn)它的產(chǎn)生源頭更是個謎，僅有的幾種可能性都可以用匪夷所思來形容。

伽馬射線暴（GRB）簡稱伽馬暴，是一種讓人困惑的自然現(xiàn)象。它們是已知最劇烈的能量爆發(fā)事件，能夠在短短幾秒至幾分鐘內(nèi)釋放出太陽一生釋放能量的總和。因其主要的能量釋放方式為強烈的高能光子亦即伽馬射線閃光而得名。

到目前為止天文學(xué)家已經(jīng)偵測到大約15000個伽馬暴，幾乎每天一個。但它們依然極具神秘色彩。伽馬暴的持續(xù)時間通常只有幾毫秒或幾分鐘，很少有超過幾小時的。

持續(xù)時間大于2秒的伽馬暴通常源自超新星爆發(fā)。大質(zhì)量恒星生命終結(jié)爆發(fā)之時，會產(chǎn)生狹窄的高能“超相對論（ultrarelativistic）”噴流。狹窄的噴流要掃過地球才能被偵測到，因此被發(fā)現(xiàn)的這類伽馬暴極少。迄今為止觀測到的所有伽馬暴都來自遙遠的河外星系。

而這個名為GRB 250702B的伽馬暴持續(xù)時間竟然長達7個小時之久，是之前最長伽馬暴持續(xù)時間的幾乎兩倍，沒有一臺望遠鏡能夠獨立完成對它的全程跟蹤觀測。而研究人員在深入分析了這個伽馬暴之后發(fā)現(xiàn)，它的成因是個謎，不屬于任何已知的高能瞬變現(xiàn)象。

天文學(xué)家動用了多臺望遠鏡來尋找這一事件的源頭。凱克、雙子座和VLT的觀測結(jié)果都指向它來自一個遙遠的河外星系。而哈勃的觀測表明其所在的星系看上去可能正在和另一個星系合并，星系核心被一條黑暗的塵埃帶一分為二。

人們動用韋布望遠鏡上的近紅外相機進行了觀測，結(jié)果清楚地看到了爆發(fā)產(chǎn)生的強光正在穿透星系中的塵埃帶。

韋布望遠鏡拍攝的伽馬暴GRB 250702B宿主星系。韋布的數(shù)據(jù)排除了星系中心超大質(zhì)量黑洞是該次伽馬暴產(chǎn)生原因的可能。

NASA / ESA / CSA / H. Sears (Rutgers) / A. Pagan (STScI)

研究人員發(fā)現(xiàn)，這次爆發(fā)異常劇烈，釋放的能量相當(dāng)于1000個太陽在100億年中持續(xù)釋放的能量總和。而這個星系距離我們極為遙遠，當(dāng)80億年前爆發(fā)產(chǎn)生的強光開始傳播時，我們的太陽系和地球都還遠未存在。

天體物理學(xué)家認為大部分伽馬暴是大質(zhì)量恒星爆發(fā)成為超新星時觸發(fā)的。這些事件始于強烈的伽馬射線爆發(fā)，隨后會出現(xiàn)較低能的X射線余輝和其他輻射，并持續(xù)數(shù)天之久。

此次Swift天文臺、錢德拉天文臺和NuSTAR天文臺均對伽馬暴進行了觀測，并在主爆發(fā)生后繼續(xù)監(jiān)視其X射線輻射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在爆發(fā)后兩天內(nèi)，依然會出現(xiàn)快速的閃爆現(xiàn)象（耀斑），整個過程持續(xù)時間之長遠超預(yù)期。

研究人員稱，這些耀斑的形成，應(yīng)當(dāng)源于黑洞持續(xù)積吸推動的物質(zhì)外流，但該過程持續(xù)之長，遠超標準伽馬暴模型的解釋能力。觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該事件的后期，依然會出現(xiàn)X射線耀斑，表明爆發(fā)的源頭始終在釋放能量。如果該事件由黑洞引起，表明其在初始噴發(fā)后至少數(shù)日內(nèi)一直在持續(xù)地吞噬物質(zhì)。

令研究人員感到困惑的是，GRB 250702B在伽馬暴發(fā)生之前就已經(jīng)出現(xiàn)了X射線輻射的征兆。這或許能為破解這一神秘事件提供線索。

該事件的獨特之處還包括，多數(shù)伽馬暴發(fā)生在小星系中，而GRB 250702B的宿主星系非常巨大——它的質(zhì)量是銀河系的兩倍多。

針對此次伽馬暴的成因，研究人員目前提供了兩種可能的解釋。這兩種解釋都與黑洞有關(guān)。其一是，一個質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)千個太陽，半徑僅為地球幾倍的中等質(zhì)量黑洞，由于過于接近一顆恒星，而將這顆恒星拉成了“面條”。恒星隨后被黑洞迅速吞噬。這是一個典型的潮汐瓦解事件，獨特之處在于，這個黑洞的質(zhì)量比一般的恒星級黑洞大得多。

第二種可能是，那里有一個質(zhì)量大約相當(dāng)于3個太陽，直徑只有約18公里的恒星級黑洞。這個黑洞有一顆伴星，這顆伴星的質(zhì)量和黑洞相近，但它比太陽小得多。這顆伴星之所以小，是因為它是一顆氦星，它原本包含的外層氫已被剝離。在這種情況下，黑洞會進入恒星內(nèi)部，從內(nèi)部迅速吞噬恒星，并在此過程中觸發(fā)伽馬暴。這本質(zhì)上也是一次潮汐瓦解事件，但更特別。

無論哪種情形，黑洞周圍最初都會形成一個由其攫取的恒星物質(zhì)形成的吸積盤，吸積盤中的物質(zhì)最終都會穿越視界，落入黑洞內(nèi)部。研究人員在伽馬暴發(fā)生前監(jiān)測到的X射線輻射是吸積盤中氣體積聚升溫產(chǎn)生的。隨后，黑洞便迅速吞噬恒星，觸發(fā)強烈的伽馬暴。

不過第二種可能性雖然更有趣，也需要更多證據(jù)的支持。恒星級黑洞如果吞噬黑洞，其產(chǎn)生的能量一定會觸發(fā)超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)通常很難悄無聲息地進行。而此次人們并沒有看到超新星。要么這種情況并沒有發(fā)生，要么超新星爆發(fā)被極厚的星際塵埃遮掩了，就連韋布太空望遠鏡也沒有看到。

研究人員稱，除了這兩種解釋，目前也不排除其他可能。但有一點可以確定，即此次有史以來持續(xù)時間最長的伽馬暴事件，向我們展示了一個獨特的謎，其源頭可能涉及某種新型天體物理學(xué)事件。

藝術(shù)家筆下描繪的伽馬暴GRB 250702B。其產(chǎn)生的強大伽馬射線噴流持續(xù)了7個小時。伽馬暴出現(xiàn)在一個距離地球約80億光年的富含塵埃的星系內(nèi)。

NOIRLab / NSF / AURA / M. Garlick

參考

Comprehensive X-Ray Observations of the Exceptional Ultralong X-Ray and Gamma-Ray Transient GRB 250702B with Swift, NuSTAR, and Chandra: Insights from the X-Ray Afterglow Properties

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1741

Optical/Infrared Observations of the Extraordinary GRB 250702B: A Highly Obscured Afterglow in a Massive Galaxy Consistent with Multiple Possible Progenitors

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1d67