去年10月，随着天空中观测到的最明亮的伽马射线闪光之一，世界各地的望远镜从一场被认为预示着大质量恒星崩溃和黑洞诞生的事件中捕捉到了大量数据。

但这些数据清楚地表明，我们对恒星如何坍缩并产生巨大的流出物质喷流，伴随着强大的x射线和伽马射线爆炸——可能还有大量重元素——的理解是严重不足的。

加州大学伯克利分校天文学和物理学副教授Raffaella Margutti说:“这些数据非常好，基本上，模型失败了——严重失败。”“这是有道理的，因为模型不是很复杂。大自然在说，‘好吧，你所看到的可能是一个流出物，它的成分比你想象的要多得多。’”

今天，在夏威夷威科洛亚举行的美国天文学会高能天体物理部会议上，通过射电、光学、x射线和伽马射线望远镜进行的多组观测的细节得到了介绍，并在《天体物理学杂志快报》上发表了论文。

2022年10月9日，美国宇航局的两颗卫星探测到伽马射线爆发后，马古蒂是动员世界各地天文台的天文学家之一。它被称为GRB 221009A，持续了300多秒，标志着它是一次“长时间”伽马射线爆发(GRB)，并将其与一颗大质量恒星的核心坍缩成黑洞有关——这个黑洞距离地球约19亿光年。核心坍缩被认为是将物质以接近光速的高度准直喷流推向恒星的两极。如果地球在喷流的路径上，我们就会看到伽马射线的爆发。

犹他大学物理学和天文学助理教授坦莫伊·拉斯卡尔说:“当喷流撞击垂死恒星周围的气体时，整个光谱都产生了明亮的余辉。”

他是这项研究的主要作者，该研究被ApJ Letters接受。“grb的余辉消退得非常快，这意味着我们必须在它消失之前迅速而灵活地捕捉到光线，带走它的秘密。”

多信使天文学

Margutti、Laskar和同事们迅速启动了NASA核星卫星上的观测项目，以及在一系列其他设施上的观测，包括印度的巨型米波射电望远镜(GMRT)、南非的MeerKAT阵列、美国新墨西哥州的美国国家科学基金会的Karl G. Jansky甚大阵列(VLA)、智利的阿塔卡马大型毫米阵列(ALMA)和夏威夷的亚毫米阵列(SMA)。研究人员收集到的多波长观测现在构成了迄今为止GRB余辉最详细的数据集之一。虽然他们认为这次爆炸与一颗大质量恒星的爆炸有关，但他们还没有发现超新星发出光的证据。 

伽马射线爆发被认为是大质量恒星坍缩成黑洞(左)时的结果，沿其两极向外喷射高速物质。当物质撞向恒星周围的尘埃和气体时，新生黑洞附近的热电离气体(等离子体)在光谱上发出辐射，在射流内快速移动的气体壳之间的碰撞(内部激波)，以及在射流的前缘扫向并与周围环境相互作用时(外部激波)。这种余辉可以持续数月或数年。地球上和太空中的望远镜探测到来自GRB 221009A的许多不同波长的光，从而可以对该事件进行详细分析。(图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心)

通过核星的观测，研究人员以极高的精度测量了x射线光谱的形状，从而可以估计出粒子是如何被爆炸的冲击波加速的，以及粒子是如何围绕爆炸搅动的磁场旋转的。

马古蒂说:“核星的观测对这项研究至关重要，因为它们帮助我们确定了余辉中的磁场强度。”了解磁场强度是很重要的，因为没有它，爆炸的真实能量就不容易估计出来。

从他们的分析中，天文学家发现，喷射的能量是大多数GRB的典型特征，尽管从地球上看，它比以前的GRB要亮70倍左右。

亚利桑那大学天文学助理教授、该研究的合著者凯特·亚历山大(Kate Alexander)说:“我们认为，使GRB变亮的原因，不仅仅是能量很高，而是能量被引导到的角度特别窄。”

在分析和结合所有这些望远镜的数据后，他们发现，基于x射线和可见光的射电测量比预期的要亮。这并不符合反向激波的特征——一种假设的情况，激波通过射流向后传播并产生无线电发射——但表明当射流穿过坍缩恒星周围的物质时，发生了更复杂的事情。

拉斯卡尔说:“要么我们不了解反向冲击，要么我们发现了一种全新的排放成分。”

“我们认为仍然有一个非常快速移动的射流在余辉中产生x射线和可见光，”Margutti补充说。“但我们的模型表明，完全是其他东西在创造射电光。”

一个环绕着GRB源的恒星区域 
哈勃太空望远镜的宽视场相机3显示了伽马射线爆发和它的主星系的红外余辉(圈出的)，从爆发中几乎侧面看到一条延伸到右上方的光带。这张照片合成了2022年11月8日和12月4日拍摄的照片，分别是火山喷发后一个月和两个月。这张照片结合了每天拍摄的三张近红外图像，波长从1到1.5微米，宽度为2.2角分。(图片来源:NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan[内梅亨大学]。图像处理:Gladys Kober)

例如，对碰撞中子星喷射流的观察表明，喷射流伴随着狭窄的喷射核周围的湍流，从远处看就像一层物质鞘。

马古蒂说:“我们知道，由中子星合并发射的射流在一个非常狭窄的核心周围形成了不那么准直的材料翅膀。”“很自然地，类似的效应会发生在必须穿透大量物质的喷流上——例如，像GRB 221009A这样的大质量恒星。所以，我们确实预计会有一个非常狭窄的核心，主导高能发射，被一层物质包围。”

拉斯卡尔说，无论原因是什么，这些数据意味着几十年前的GRB喷流理论需要重新审视。

马古蒂强调，这次恒星坍缩还有更多要告诉天文学家的。余辉仍然可以探测到，而且可能会持续数年。她和同事们正计划用詹姆斯·韦伯太空望远镜、哈勃太空望远镜和许多地面望远镜进行观测，以跟踪GRB 221009A发出的光线变化。在某种程度上，当恒星爆炸产生的喷流距离黑洞足够远，可以被观测到时，他们希望使用无线电干涉仪(例如横跨半球的甚长基线阵列)来获得喷流的照片。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。