最邻近的伽玛射线暴

原文标题：Astronomers Agog Over Stellar Explosion
原文来自：http://skyandtelescope.com/ Posted: February 23, 2006
著者：Robert Naeye
编译：Steed 审校：Linq （编译版权所有，文章有删节，未经许可请勿转载。）

这张艺术画描绘了一个典型的伽玛射线暴(GRB)所喷发出来的一对剧烈的喷流。今天的天文学家们相信，一些超新星可以将它们的一部分能量导引到这种接近光速运动的物质喷流之中。伽玛暴就是由这种喷流内部的激波所产生的。 Courtesy David Aguilar, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

天 文学界现在正忙于追踪一个伽玛暴，这是自1998年以来观测到的距离最近的一次长伽玛射线暴。地面和太空的主要望远镜都已经瞄向了目标。参与研究的天文学 家们抱有很高的希望，希望对这次事件的进一步研究可以为长伽玛暴（可以持续几秒到几分钟的超高能辐射的异常剧烈的爆发）和超新星（大质量恒星的爆炸）之间 的联系提供重要的细节。资深的业余天文学家们也将监测正在膨胀中的爆炸火球，它将在接下来的一到两周内增亮到大约16等。

NASA的雨燕号（Swift）卫星是在世界时2月18日3:43:30（北京时间11:43:30）检测到这个伽玛暴的。在不到 3分钟的时间内，雨燕号的紫外/光学望远镜就转向了白羊座中的正确坐标，找到了伽玛暴的余辉。世界各地的天文学家接到了预警，一大批望远镜开始对正在变暗 的余辉展开了观测。

起先，这个伽玛暴显得相当奇怪，因为它持续了大约30分钟，这比通常的长伽玛暴长了100倍。许多天文 学家怀疑，它实际上会不会是我们银河系内的一个暂现天体。但众多地面望远镜的后续观测很快将余辉与一个小星系联系了起来，这个星系的亮度为20等，其中有 恒星正在形成，距离地球大约4.7亿光年。在这个距离上，只有伽玛射线暴才会如此强大，足以被雨燕号看见。虽然如此，它还是比其他几乎所有的伽玛暴近得 多。“我们等待一个邻近的伽玛暴已经有好几年了，”戴尔·弗雷（Dale Frail，美国国家射电天文台）说，他利用新墨西哥州的甚大阵望远镜（VLA）在射电波段观测了此次事件。

左侧的照片来自于斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey），显示了2月18日伽玛暴发生之前白羊座中的一片天区。右侧的照片是由雨燕号的紫外/光学望远镜拍摄的，显示出一个与恒星爆发有关的光点 （图片正中的蓝色光点），它使整个寄主星系黯然失色。每张照片宽为5角分。 Courtesy SDSS (左图); NASA / Swift / UVOT (右图).

2月21日，艾丽西娅·索德伯格（Alicia Soderberg，加州理工）和她的同事们利用位于智利的8.1米双子星南座望远镜，在伽玛暴的确切坐标上发现了一颗超新星（名为SN 2006aj）发出的光芒，此时超新星的亮度已经超过了正在变暗的伽玛暴余辉。同时出现的超新星实证了长伽玛暴的主流理论：它们是在大质量恒星发生超新星爆炸时产生的。

雨燕号检测到的大部分伽玛暴都发生在几十亿光年以外。唯一得到证实的距离更近的伽玛暴，是在1998年4月25日被意大利-荷兰的BeppoSAX卫星观测到的，它的距离大约为1.2亿光年。那次的事件也与一颗超新星（SN 1998bw）有关，是支持目前主流理论的重要事件之一。

1998 年4月和2006年2月的两次伽玛暴事件，它们的能量都比大部分被观测到的伽玛暴低了10到100倍（尽管2006年2月的事件持续了很长时间）。事实 上，如果它们发生在几十亿光年以外的话，两者可能都不会被看见。“新的发现证实，存在着一种潜在的、能量稍低的爆发种类，”索德伯格说。只有当它们发生在 相对较近的区域内时，诸如雨燕号这样的卫星才能检测到这些低亮度的伽玛暴。“如果一个普通的伽玛暴在这样的距离上发生，” 弗雷补充说，“它将摧毁太空中的所有探测器。”
　

坍缩星模型电脑模拟中的一帧画面，展示了一个伽玛暴喷流正要钻出垂死恒星表面时的情景。 Weiqun Zhang and Stan Woosley (University of California, Santa Cruz)

斯 坦·伍斯利（Stan Woosley，加州大学圣克鲁兹分校）和安德鲁·麦克菲迪恩（Andrew MacFadyen，现在在普林斯顿高等学术研究所）在1990年代初提出了长伽玛暴的坍缩星模型。在现在处于主流的这种理论中，伽玛暴是在大质量恒星的 核心坍缩形成黑洞或中子星的时候被触发的。下落的恒星气体在坍缩核周围盘旋成一个吸积盘。磁场将盘中的一些物质导入两条非常接近光速运动的逆向喷流之中。 这些喷流中的激波产生了真正的伽玛射线，恒星本身也被炸碎，成为一颗Ib或Ic型的超新星（也就是说超新星的光谱中缺乏氢线，这大概是因为富含氢元素的外 侧包层在爆炸之前就已经在星风中被吹走了）。SN 1998bw和SN 2006aj都是Ic型超新星，与坍缩星模型相符。

但是坍缩星模型留下了一个未被解答的重要问题：为什么有些Ib或Ic型超新星会产生伽玛暴，而另一些则没有呢？索德伯格及 其同事进行的射电观测证明，不论喷流可能瞄向何方，只有大约百分之一的Ib和Ic型超新星伴有伽玛暴。伍斯利认为，关键的因素是自转。在一颗伴有伽玛暴的 超新星中，前身恒星在坍缩前自转迅速，爆炸就会将一部分旋转能量用于产生伽玛暴。而在低亮度的伽玛暴中，例如1998年4月和2006年2月的伽玛暴，大 部分爆炸的能量都用在了 产生超新星上。

“这些邻近的事件将使得我们有能力检验这些想法，” 弗雷说，他指出大多数伽玛暴都非常遥远，以至于天文学家没有机会看见伴随而来的超新星爆发。“我们从少数这种邻近爆发中学到的东西，将远远超过从大量遥远案例中获取的 知识。我们会对这个基本问题，即何种超新星会产生伽玛暴，取得更多的了解。”

“这些观测将是至关重要的，可以帮助我们理解不产生伽玛暴的普通超新星与确实能发出伽玛辐射的极强超新星之间的差别，”索德伯格补充说。

弗雷指出了这个邻近伽玛暴带来的另一个意外收获：雨燕号的快速预警让许多望远镜目睹了这颗超新星早期变亮的过程。“雨燕号捕获了核心坍缩的瞬间，并且在它发生的几秒钟内就将仪器瞄准了那里，”弗雷说。“以我们今天的眼光来看，这是个巨大的飞跃。”

除了和弗雷一起进行射电观测之外，索德伯格还将在接下来的几个月里，利用哈勃（Hubble）太空望远镜和钱德拉（Chandra）X射线天文台，对这颗超新星进行仔细观测。这些观测将有助于确定爆炸的总能量和寄主星系的属性——这些 都是解开伽玛暴本质的重要线索。
　

上面这张宽为半度的寻星图，显示了白羊座东侧的一片天区，可以用来确定这次伽玛暴的位置。右上侧的白是下面一张更详细照片所覆盖的区域。这个伽玛暴的位置是赤经3h 21m 39.7s，赤纬+16° 52' 02"（纪元2000）。一颗9.6等的恒星位于它北侧2'处。图片的方位是上北下南，左东右西。Courtesy Digitized Sky Survey.

这张详细的斯隆数字巡天照片显示了伽玛暴的寄主星系。它在红光波段的亮度为20等，位于4.7亿光年以外。这张照片宽为4角分，上北下南，左东右西。Courtesy Sloan Digital Sky Survey.

天文学家们预测，这颗超新星将在3月5日前后增亮到大约16等。配备了CCD相机的高品质业余望远镜可以轻易地拍到这种亮度的天体。美国变星观测者协会（AAVSO）正在组织世界范围内的联测，以监测超新星增亮和变暗过程中的光度输出。

“正在浮现的超新星出现在傍晚的夜空中，处于适合专业和业余监测的不错的位置上，”AAVSO的亚伦·普赖斯（Aaron Price）说。“测定超新星亮度达到峰值的时刻，对于科学家们来说是非常重要的。业余爱好者可以很好地完成这项任务，因为他们遍及世界各地，因此可以取得不错的时间分辨率（即 具有很好的观测连续性）。白天和糟糕的天气无法对这样的业余联测产生影响。”