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新研究表明伽馬射線暴可以由大規模有序磁場提供動力

2021-06-18 14:49:35 來源：科技日報

恒星爆炸產生伽馬射線暴的驅動因素是長期存在的謎題，近日，由英國巴斯大學領導的國際科學家團隊測量了伽馬射線暴的磁場，首次證實了長達數十年的理論預測：在噴射出的物質撞擊并沖擊周圍介質后，這些沖擊波中的磁場會變得混亂。這項新研究表明，最強大的伽馬射線暴可以由大規模有序磁場提供動力。研究成果發表在16日的英國《皇家天文學會月刊》上。

當遙遠星系中的一顆大質量恒星（至少比太陽大40倍）死亡時，在爆炸之后會產生沖擊波，并以接近光速的速度旋轉形成黑洞，這一過程能量極高，會向外“噴出”所有物質，也會產生極其明亮的伽馬射線暴。

當旋轉的黑洞形成時，磁場扭曲成螺旋形，可以聚焦和加速噴出物質的運動。我們無法直接看到磁場，但它們的特征體現在圍繞磁場線旋轉的帶電粒子（電子）產生的光中。

此次，巴斯團隊對伽馬射線暴141220A進行了分析，通過測量光的一種特殊性質——偏振，直接探測了驅動爆炸的磁場的物理性質。

研究人員預測，當膨脹的激波鋒與周圍的恒星碎片碰撞時，任何原始磁場最終都會被摧毀。根據預測，在大尺度原始場仍然完整并驅動物質外流的情況下，在爆發后不久就會有高水平的偏振（>10%）的光。隨后，由于光場在碰撞中被打亂，光應該基本上不會偏振。

巴斯大學天體物理學系主任、伽馬射線專家卡羅爾·蒙代爾教授的團隊在爆炸幾分鐘后首次發現了高度偏振的光，這證實了具有大規模結構的原始磁場的存在。但事實證明，正向沖擊擴大的前景更具爭議。

另一個團隊在較慢的時間（從爆發后數小時到一天）觀察到，伽馬射線暴的偏振水平非常低，這表明：恒星的磁場早已被摧毀，但無法說出何時或如何摧毀。相比之下，一組日本天文學家稱，在伽馬射線暴中發現了10%的偏振光。研究人員認為，這可以用原始磁場在沖擊波中被摧毀之前產生的偏振光來解釋。

在新論文中，蒙代爾團隊報告說，在141220A爆炸僅90秒后，就發現了前激波光中極低的偏振。研究小組使用了全自動機器人利物浦望遠鏡和新型RINGO3偏振儀實現了超高速觀測。RINGO3偏振儀記錄了伽馬射線暴的顏色、亮度、偏振度和衰減率。綜合這些數據，研究小組能夠證明：光線是由正向激波發出的；磁場長度比日本團隊推斷的要小得多；爆炸很可能是由黑洞形成的最初時刻有序磁場的崩塌所驅動的。

“這一結果解決了這些極端宇宙爆炸的一個長期難題。”蒙代爾說，“我們現在需要探測這些爆炸的最早時刻，捕捉顯著的爆炸，并將研究放到更廣泛的背景下，即對極端宇宙進行實時多信使跟蹤。”

標簽：伽馬射線暴有序磁場動力介質爆炸