正如這位藝術家的概念圖所描繪的那樣，在典型的伽馬射線爆發期間，當恒星坍縮成黑洞時，粒子射流會穿透它。伽馬射線暴 221009A 產生的噴流具有一些獨特的特征。
致謝：美國宇航局戈達德太空飛行中心
NASA 的 NuSTAR X 射線望遠鏡的觀測為天文學家提供了關于迄今為止探測到的最亮和最具能量的伽馬射線爆發的新線索。
當科學家們在 2022 年 10 月 9 日探測到被稱為 GRB 221009A 的伽馬射線暴時，他們將其稱為有史以來最亮的一次，即 BOAT。大多數伽馬射線暴發生在比我們的太陽質量更大的恒星核心坍縮時，變成了一個黑洞。這些事件通常會在幾分鐘內釋放出與我們的太陽在其整個生命周期中釋放的能量一樣多的能量。后續研究表明，GRB 221009A 比之前的記錄保持者亮 70 倍，能量也高得多。雖然科學家們還不明白為什么，但他們從美國宇航局的NuSTAR(核光譜望遠鏡陣列)天文臺收到了一條誘人的線索。
在 6 月 7 日發表在《科學進展》雜志上的一項研究中，科學家們利用 NuSTAR 對該事件的觀測來展示這顆正在坍縮的恒星如何噴射出一種物質射流，這種物質的形狀在伽馬射線爆發噴流中是以前沒有觀察到的，以及其他獨特的特征。這些區別的來源可能是前身星，其物理特性可能會影響爆發的特征。也有可能是一種完全不同的機制將最亮的噴流發射到太空。
“這次事件比我們以前見過的任何伽馬射線爆發都要亮得多，能量也大得多，甚至差得遠，”這項新研究的主要作者、華盛頓喬治華盛頓大學的天文學家布倫丹奧康納說。“然后，當我們分析 NuSTAR 數據時，我們意識到它也有這種獨特的射流結構。這真的很令人興奮，因為我們無法研究產生這一事件的恒星;它現在不見了。但我們現在有一些數據為我們提供了關于它是如何爆炸的線索。”
噴氣客機
伽馬射線是宇宙中能量最高的光形式，但人眼不可見。所有已知的伽馬射線暴都起源于我們銀河系以外的星系，但它們的亮度足以在數十億光年之外被發現。一些突然出現并持續不到兩秒鐘，而所謂的長伽馬射線爆發通常會輻射一分鐘或更長時間的伽馬射線。這些物體可以輻射其他波長數周。
哈勃太空望遠鏡捕獲了稱為 GRB 221009A 的伽馬射線暴及其宿主星系的紅外余輝(圓圈)。這張合成圖包含了 2022 年 11 月 8 日和 12 月 4 日拍攝的圖像，也就是火山噴發后大約一兩個月。余輝可能會持續數年。
致謝：NASA、ESA、CSA、STScI、A. Levan(Radboud 大學);圖像處理：Gladys Kober
GRB 221009A 是一次長伽馬射線爆發，它非常明亮，有效地致盲了太空中的大多數伽馬射線儀器。美國科學家能夠利用美國宇航局費米伽馬射線太空望遠鏡的數據重建這一事件，以確定其實際亮度。(這艘船也被美國宇航局的哈勃和詹姆斯韋伯太空望遠鏡、該機構的風和航海者一號航天器以及歐空局或歐洲航天局的太陽軌道飛行器探測到。)
與其他伽馬射線暴類似，GRB 221009A 有一股從坍縮的恒星中噴出的噴流，就像它從消防水龍帶射入太空一樣，伽馬射線從噴流核心的熱氣體和粒子中輻射出來。但 GRB 221009A 的噴氣式飛機在幾個方面脫穎而出。在之前觀察到的幾乎所有伽馬射線爆發中，噴流都非常緊湊，窄光束外幾乎沒有雜散光或物質。(事實上 ，伽馬射線暴非常緊湊，只有當它們的噴流幾乎直接指向地球時才能觀察到伽馬射線。)
相比之下，在 GRB 221009A 中，射流的核心較窄，兩側較寬且傾斜。一些最具能量的伽馬射線噴流顯示出類似的特性，但來自 BOAT 的噴流在一個重要方面是獨一無二的：GRB 221009A 中物質的能量也各不相同，這意味著噴流中的所有物質并非都具有同樣的能量——就像從槍中射出的一顆子彈——材料的能量隨著與射流核心的距離而變化。這以前從未在長伽馬射線暴射流中觀察到過。
“產生不同射流結構和改變能量的唯一方法是改變爆炸恒星的某些特性，比如它的大小、質量、密度或磁場，”倫敦大學物理學教授 Eleonora Troja 說。羅馬領導 NuSTAR 對該事件進行了觀測。“那是因為射流基本上必須強行離開恒星。因此，例如，它遇到的阻力大小可能會影響噴氣式飛機的特性。”
雪地里的腳印
天文學家可以看到伽馬射線噴流發出的光，但距離意味著他們無法直接解析噴流的圖像。研究人員必須解釋這些事件發出的光，以了解遙遠物體的物理特征。這有點像看著雪地里的腳印，然后推斷留下腳印的人的身體特征。
在許多情況下，宇宙事件發出的光可能有不止一種可能的解釋。不止一臺 X 射線望遠鏡觀測到 GRB 221009A，包括美國宇航局的尼爾·蓋瑞爾斯·斯威夫特天文臺和中子星內部成分探測器(NICER)，以及歐空局的XMM-牛頓望遠鏡。NuSTAR 數據幫助縮小了這些可能性。它表明，當噴流進入太空時，它與星際介質或充滿恒星之間空間的稀疏原子和粒子海相撞。這種碰撞產生了 X 射線——比伽馬射線能量略低的光粒子。
“有多個 X 射線望遠鏡在太空中運行，每個都有不同的優勢，可以幫助天文學家更好地了解這些宇宙物體，”南加州美國宇航局噴氣推進實驗室的 NuSTAR 項目科學家丹尼爾斯特恩說。
更多關于使命
NuSTAR 是一項由加州理工學院牽頭、JPL 為位于華盛頓的 NASA 科學任務理事會管理的小型探索者任務，它是與丹麥技術大學和意大利航天局 (ASI) 合作開發的。該航天器由位于弗吉尼亞州杜勒斯的軌道科學公司建造。NuSTAR 的任務運營中心位于加州大學伯克利分校，官方數據檔案位于美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的高能天體物理學科學檔案研究中心。ASI 提供任務的地面站和鏡像數據檔案。加州理工學院為 NASA 管理噴氣推進實驗室。
