天文学家可能首度发现来自伽玛射线暴的“孤儿余辉”──这是指伽玛射线暴已然消失无踪,但科学家透过交叉比对十多来年的资料,可以从极其微弱的无线电波源回推当年的伽玛暴事件,这道无线电波源就是孤儿余辉。
伽玛射线暴(gamma ray burst,GRB,简称伽玛暴)是宇宙最猛烈的爆发,其大部分爆炸能量会被集中成紧密喷流,就像一道笔直强烈的灯塔光,至于伽玛暴的成因,科学家有两种论点:一种猜测由两个致密天体如中子星、黑洞合并产生,另一观点则认为是大质量恒星在演化成黑洞的过程中产生。
而去年,在 LIGO 首次探测到双中子星并合的重力波事件“GW170817”中,就发现了极难观测的伽玛射线暴,证实其起源之一为两两致密天体并合。
伽玛暴爆发后,各种望远镜可以在其他波段观测到现场残留辐射,也就是伽玛暴余辉。根据波段不同,可分为 X 射线余辉、光学余辉、无线电余辉等,这些余辉通常随时间呈现指数式衰减:X 射线余辉能持续几个星期,光学余辉和无线电余辉则能持续几个月到一年,有些无线电余辉可以持续长达 25 年。
但是,天文学家通常须透过伽玛射线望远镜观察到直接指向地球的伽玛暴喷流,才能进一步研究这些余辉,比如 NASA 的费米伽玛射线空间望远镜,大概每 100 次伽玛暴爆发中只能观测到一次,发现概率仅 1%。
只闻其状、不闻其人的孤儿余辉
或者另一种可能:透过已变得极微弱的无线电余辉,往回推出当年伽玛暴事件。加州大学柏克莱分校天文学家 Casey Law 的团队,现在便直接利用甚大天线阵(Very Large Array,VLA)找出伽玛暴余辉,这种余辉也因此被称为孤儿余辉(orphan afterglow)。
据成功大学物理学系天文实验室的解释,孤儿余辉是指科学家只观察到余辉,却没有侦测到伽玛射线暴,有可能是因为伽玛射线喷流朝往其他方向、而不是瞄准地球,但它爆发过的证据留在了现场。
刚开始,研究人员首先注意到物体 FIRST J1419 + 3940 的无线电图像出现在望远镜早期数据(1994 年)中,该物体位于距离地球 2.84 亿光年远的矮星系郊区;但奇怪的是,这道电波源(radio source)FIRST J141918.9 + 394036 却消失在望远镜 2017 年 VLASS 的新数据中,因而促使科学家将之抓出来彻底研究一番。
据估计,这道电波源于 1993 年的亮度比现在还要高 50 倍,几乎与类星体亮度并驾齐驱,研究人员依据这种极端亮度与星系类型,推论应该是一颗质量超过太阳 40 倍的恒星爆炸留下的余辉,这颗恒星最后成为黑洞或磁星。
VLASS 是 VLA 至今最大的观测计划,将自 2017 年起花费 7 年(5500 小时)完整扫描 80% 天空范围 3 次,科学家很可能找到更多孤儿余辉,进而更准确了解其分布情况。新论文发表在《天体物理学》期刊。
注:甚大天线阵是世界上最大的综合孔径无线电望远镜。
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(首图来源:NRAO)
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