望遠鏡首發現伽瑪暴的「孤兒餘輝」,或揭露宇宙司空見慣的神祕現象

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 15 日 13:40 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

天文學家可能首度發現來自伽瑪射線暴的「孤兒餘輝」──這是指伽瑪射線暴已然消失無蹤,但科學家透過交叉比對十多來年的資料,可以從極其微弱的無線電波源回推當年的伽瑪暴事件,這道無線電波源就是孤兒餘輝。



伽瑪射線暴(gamma ray burst,GRB,簡稱伽瑪暴)是宇宙最猛烈的爆發,其大部分爆炸能量會被集中成緊密噴流,就像一道筆直強烈的燈塔光,至於伽瑪暴的成因,科學家有兩種論點:一種猜測由兩個緻密天體如中子星、黑洞合併產生,另一觀點則認為是大質量恆星在演化成黑洞的過程中產生。

而去年,在 LIGO 首次探測到雙中子星併合的重力波事件「GW170817」中,就發現了極難觀測的伽瑪射線暴,證實其起源之一為兩兩緻密天體併合。

伽瑪暴爆發後,各種望遠鏡可以在其他波段觀測到現場殘留輻射,也就是伽瑪暴餘輝。根據波段不同,可分為 X 射線餘輝、光學餘輝、無線電餘輝等,這些餘輝通常隨時間呈現指數式衰減:X 射線餘輝能持續幾個星期,光學餘輝和無線電餘輝則能持續幾個月到一年,有些無線電餘輝可以持續長達 25 年。

但是,天文學家通常須透過伽瑪射線望遠鏡觀察到直接指向地球的伽瑪暴噴流,才能進一步研究這些餘輝,比如 NASA 的費米伽瑪射線空間望遠鏡,大概每 100 次伽瑪暴爆發中只能觀測到一次,發現機率僅 1%。

只聞其狀、不聞其人的孤兒餘輝

或者另一種可能:透過已變得極微弱的無線電餘輝,往回推出當年伽瑪暴事件。加州大學柏克萊分校天文學家 Casey Law 的團隊,現在便直接利用甚大天線陣(Very Large Array,VLA)找出伽瑪暴餘輝,這種餘輝也因此被稱為孤兒餘輝(orphan afterglow)。

據成功大學物理學系天文實驗室的解釋,孤兒餘輝是指科學家只觀察到餘輝,卻沒有偵測到伽瑪射線暴,有可能是因為伽瑪射線噴流朝往其他方向、而不是瞄準地球,但它爆發過的證據留在了現場。

剛開始,研究人員首先注意到物體 FIRST J1419 + 3940 的無線電圖像出現在望遠鏡早期數據(1994 年)中,該物體位於距離地球 2.84 億光年遠的矮星系郊區;但奇怪的是,這道電波源(radio source)FIRST J141918.9 + 394036 卻消失在望遠鏡 2017 年 VLASS 的新數據中,因而促使科學家將之抓出來徹底研究一番。

據估計,這道電波源於 1993 年的亮度比現在還要高 50 倍,幾乎與類星體亮度並駕齊驅,研究人員依據這種極端亮度與星系類型,推論應該是一顆質量超過太陽 40 倍的恆星爆炸留下的餘輝,這顆恆星最後成為黑洞或磁星。

VLASS 是 VLA 至今最大的觀測計畫,將自 2017 年起花費 7 年(5500 小時)完整掃描 80% 天空範圍 3 次,科學家很可能找到更多孤兒餘輝,進而更準確了解其分布情況。新論文發表在《天體物理學》期刊。

註:甚大天線陣是世界上最大的綜合孔徑無線電望遠鏡。

(首圖來源:NRAO

延伸閱讀: