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2021 年觀察到的長時間伽馬射線暴迫使科學家們創建一個新的地層模型。

一個國際天體物理學家團隊報告發現了一種獨特的宇宙伽馬射線暴 (GRB)，它推翻了目前關于劇烈宇宙爆炸如何形成的理論。這種特殊的爆發導致了針對某些類型的伽馬射線爆發的新提議模型或源。

這項名為“具有特殊起源的長時間伽馬射線爆發”的研究發表在《自然》雜志上。

什么是伽馬射線暴，它是如何形成的?

伽馬射線暴是明亮而劇烈的爆炸，預示著恒星的死亡或恒星殘余物的碰撞。通常，觀測到的伽馬射線暴可分為兩類，即短持續時間或長持續時間的 GRB。

長伽馬射線暴是由大質量恒星死亡形成的，通常與稱為超新星的明亮光學瞬變有關。短伽馬射線暴起源于兩顆中子星或一顆中子星與一個黑洞的碰撞，持續時間不到兩秒。這些伽馬射線暴與稱為千新星的更微弱的光學瞬變有關。

多年來，伽馬射線暴一直能夠輕松地歸入這些類別。然而，隨著獨特的伽馬射線爆發的發現，這種情況將發生變化。

探測獨特的伽馬射線暴

2021 年 12 月 11 日，一次伽馬射線暴觸發了太空中的多個伽馬射線探測器，包括美國宇航局的費米伽馬射線望遠鏡和尼爾·蓋瑞爾斯·斯威夫特天文臺。這個 GRB，據報道持續時間約為 70 秒，通常被視為一次正常的長伽馬射線暴。然而，隨著來自美國和歐洲的多個團隊的投入，一個令人驚訝的簽名被發現了。

“這個 GRB 包括兩個部分：一個 13 秒長的硬尖峰和一個 55 秒的軟擴展發射，”UNLV 校友和研究通訊作者、目前在中國南京大學工作的張斌斌說。“13 秒硬尖峰的持續時間應該已經將這次爆發完全排除在短 GRB 類別之外。”

該觀測結果與通常與短 GRB 相關的千新星并沒有像預期的那樣顯示出一顆更亮的超新星，而是與一顆千新星一致。

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該論文的共同通訊作者、UNLV 天體物理學教授張兵說：“這種奇特的 GRB 是有史以來首次發現。” “這一發現不僅挑戰了我們對 GRB 起源的理解，還要求我們考慮一些 GRB 形成的新模型。”

開發新的編隊模型

研究人員認為，這種被稱為 GRB 211211A 的獨特 GRB 很可能是通過中子星和白矮星之間的碰撞——WD-NS 合并形成的。

白矮星是地球大小的天體，是由低質量恒星死亡形成的——這些恒星的質量小于我們太陽的八個左右。當質量在 8 到 20 個太陽之間的更大質量的恒星消亡時，中子星就會形成。當更大的恒星死亡時，就會形成黑洞。

大質量、低密度恒星形成持續時間長的伽瑪暴，而高密度恒星(包括中子星)形成持續時間短的伽瑪暴。據張說，白矮星具有中等密度，使它們成為 2021 年發現的伽馬射線爆發類型的理想起源。這是因為它顯示出持續時間長而沒有大質量恒星的參與。

“盡管每年觀測到的 GRB 數量相對較多，但 GRB 211211A 的獨特特征突破了我們當前分類系統的極限，需要一種新的思維方式，”張說。“經過仔細審查，唯一合理的合并情景是白矮星和中子星的合并。”

研究人員開發了一個詳細的模型來解釋 GRB 211211A 觀察到的奇特的千新星特征。人工智能隨后發現，如果 WD-NS 合并留下一顆快速旋轉的中子星(稱為磁星)，則磁星注入的能量與爆發期間拋出的物質的核反應能量相結合，可以解釋千新星觀察到 GRB 211211A 的發射。