射电望远镜为什么能探测到45亿年前,仅次于宇宙大爆炸的射线暴?

先进的科学设备使科学家们能够用射电望远镜观察伽马射线暴发射流,并首次探测到其中无线电波的偏振现象——这使我们更接近于了解宇宙中最强大爆炸的原因,伽马射线暴是仅次于宇宙大爆炸的爆炸。伽马射线暴(grb)是宇宙中最具能量的爆炸,它释放出强大的喷流,以超过99.9%的光速穿越太空,因为一颗比我们的太阳大得多的恒星在生命结束时坍缩,产生了一个黑洞或超新星爆炸,其研究发表在《天体物理学》上。

当探测到伽马暴喷流在太空中传播时,研究它所发出的光是我们了解这些强大喷流如何形成的最大希望,但科学家们需要迅速将望远镜就位并获得最佳数据。通过新一代先进的射电望远镜,科学家们可以探测到来自喷流的极化无线电波,这为解开这个谜团提供了新的线索。这个被称为GRB 190114C的特殊事件在45亿年前爆发,其能量相当于数百万个太阳的TNT。Swift发出的快速警报使得研究小组能够在Swift发现大毫米/亚毫米阵列(ALMA)望远镜仅两小时

就指挥位于智利的阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列)望远镜观测到这次爆炸。两个小时后,当伽马射线暴出现在美国新墨西哥州时,研究小组用卡尔·g·詹斯基甚大阵(VLA)望远镜观察到了它。结合来自这些天文台的测量数据,研究小组可以确定喷流内部磁场的结构,从而影响射电光偏振的方式。根据磁场的来源,理论预测出射流内部磁场的不同排列,因此捕捉到的无线电数据使研究人员能够首次用望远镜观测来验证这些理论。

来自巴斯大学、西北大学、以色列开放大学、哈佛大学、加州州立大学萨克拉门托分校、加兴马克斯·普朗克研究所和利物浦约翰·摩尔斯大学的研究小组发现,只有0.8%的喷射光发生了偏振,这意味着喷射光的磁场只分布在相对较小的区域——每个区域都不到喷射光直径的1%,更大的光斑会产生更多偏振光。这些测量结果表明,磁场在伽马射线暴射流中所起的结构作用可能没有之前认为的那么重要。

这有助于缩小对这些异常爆炸原因和动力的可能解释,巴斯大学天体物理学小组的第一作者坦莫·拉斯卡尔博士说:想要了解为什么一些恒星在死亡时会产生这些奇特的喷流,以及这些喷流的燃烧机制——宇宙中已知速度最快的喷流,以接近光速的速度运动,并以超过10亿个太阳加起来的惊人亮度发光。这次爆炸非常明亮,而且在智利立刻就能看到,这使它成为研究的首要目标。因此立即联系阿尔玛,希望能探测到第一个无线电偏振信号。

幸运的是,这个目标被很好地放置在空中,与智利的阿尔玛和新墨西哥州的VLA一起观测。两家机构反应迅速,天气也很好。然后研究人员花了两个月的时间,在一个艰苦的过程中,以确保测量是真实的,没有仪器的影响,所有的东西都检查过了,这很令人兴奋。领导VLA观测的凯特·亚历山大博士说:来自VLA的较低频率数据帮助确认看到的光来自于喷射流本身,而不是射流与其环境的相互作用。这项测量为伽马射线暴科学和高能天体物理喷流的研究打开了一扇新窗户。

在这次事件中测量到的极低偏振水平是否是所有伽马射线暴的特征?如果是的话,这能告诉我们伽马射线暴喷流中的磁结构以及磁场在整个宇宙中驱动喷流的作用。巴斯大学天体物理学教授卡罗尔·蒙代尔补充说:阿尔玛的灵敏灵敏度和望远镜快速反应,首次让我们能够快速、准确地测量爆炸两小时后伽马射线暴余辉产生微波的极化程度,并探测磁场,人们认为正是磁场驱动了这些强大的超快外流。研究小组计划寻找更多的伽马射线暴,以继续解开宇宙中最大爆炸的谜团。