美国国家航空航天局任务研究可能是1年1次的伽马射线爆发
2022年10月9日，星期日，一股强烈的辐射脉冲异常地席卷了太阳系，天文学家很快将其称为“船”——有史以来最亮的船。
其源头是伽马射线暴（GRB），这是宇宙中最强大的一类爆炸。
伽马射线爆发是宇宙中最明亮的爆炸。天文学家认为，大多数情况发生在大质量恒星的核心耗尽核燃料，在自身重量的作用下坍塌，形成黑洞时，如动画所示。然后，黑洞驱动粒子喷流，以几乎光速穿过正在坍缩的恒星。这些喷流穿透恒星，在进入太空时发射出X射线和伽马射线（品红色）。然后，它们深入到这颗注定要毁灭的恒星周围的物质中，产生多波长的余辉，并逐渐消失。我们越靠近正面看到其中一个喷流，它看起来就越亮。
爆炸触发了许多航天器上的探测器，全球各地的天文台也纷纷跟进。在梳理了所有这些数据后，天文学家现在可以确定它的亮度，并更好地了解它的科学影响。
巴吞鲁日路易斯安那州立大学物理学和天文学助理教授Eric Burns说：“GRB 221009A可能是人类文明开始以来发生的X射线和伽马射线能量最亮的爆发。”。他领导了对大约7000个伽马射线暴的分析，以确定这种明亮事件发生的频率。伽马射线暴主要由美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜和美国国家航空宇航局的Wind航天器上的俄罗斯Konus仪器探测到。他们的答案是：每一万年一次。
深紫色图表，将BOAT突发的即时发射（品红色）与之前五次最亮的长突发（蓝色、绿色、黄色和橙色）进行比较。
这张图表将BOAT的即时发射与之前五次创纪录的长伽马射线爆发进行了比较。BOAT非常明亮，有效地使太空中的大多数伽马射线仪器失明，但美国科学家能够根据费米数据重建其真实亮度。
这次爆发非常明亮，有效地使太空中的大多数伽马射线仪器失明，这意味着它们无法直接记录发射的真实强度。美国科学家能够从费米数据中重建出这些信息。然后，他们将这些结果与研究Konus数据的俄罗斯团队和分析SATech-01卫星GECAM-C探测器和Insight HXMT天文台仪器观测结果的中国团队的结果进行了比较。他们一起证明，这次爆发的亮度是迄今为止任何一次爆发的70倍。
Burns和其他科学家在夏威夷Waikoloa举行的美国天文学会高能天体物理部门会议上介绍了关于BOAT的新发现。对此次爆发的观测跨越了从无线电波到伽马射线的光谱，包括来自美国国家航空航天局和合作伙伴的许多任务的数据，包括国际空间站的NICER X射线望远镜、美国国家航空宇航局的NuSTAR天文台，甚至星际空间的旅行者1号。描述这一结果的论文发表在《天体物理期刊快报》的一期焦点期刊上。
来自伽马射线暴221009A的信号在到达地球之前已经传播了大约19亿年，使其成为已知最接近的“长”伽马射线暴之一，其初始或即时发射持续两秒以上。天文学家认为，这些爆发代表了大质量恒星核心在自身重量作用下坍塌时形成的黑洞的诞生声。当黑洞迅速吞噬周围的物质时，它会向相反的方向喷出喷流，其中包含加速到接近光速的粒子。这些喷流穿透恒星，在进入太空时发射出X射线和伽马射线。
有了这种类型的GRB，天文学家预计几周后会发现一颗增亮的超新星，但到目前为止，它已经被证明是难以捉摸的。其中一个原因是GRB出现在天空中距离我们银河系平面仅几度的地方，那里厚厚的尘埃云会极大地减弱入射光。
荷兰奈梅亨拉德布大学天体物理学教授Andrew Levan说：“我们不能确切地说存在超新星，考虑到爆发的亮度，这是令人惊讶的。”。由于尘埃云在红外波长下变得更加透明，莱万领导了使用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（首次用于此类研究）以及哈勃太空望远镜进行近红外和中红外观测，以发现超新星。“如果它在那里，它会非常微弱。我们计划继续寻找，”他补充道，“但整个恒星有可能直接坍塌到黑洞中，而不是爆炸。”韦伯和哈勃计划在未来几个月内进行更多的观测。
当喷流继续膨胀到这颗注定要毁灭的恒星周围的物质中时，它们会产生多波长的余辉，并逐渐消失。
垂死的蓝色恒星的横截面（左）显示了一个驱动喷流的黑洞。它们呈橙色散开。标签上写着“提示发射”，箭头显示伽马射线。最右边的标签上写着“余辉”，它通过伽马射线发射无线电。
这幅图显示了最常见的长伽马射线爆发的成分。一颗大质量恒星的核心（左）已经坍塌，形成了一个黑洞，它将一股粒子喷流穿过坍塌的恒星，以接近光速的速度送入太空。整个光谱的辐射来自新生黑洞附近的热电离气体（等离子体）、喷流内快速移动的气体外壳之间的碰撞（内部冲击波），以及喷流向上扫掠并与周围环境相互作用时的前缘（外部冲击）。
图森市亚利桑那大学天文学系助理教授凯特·亚历山大说：“这次爆发距离如此之近，如此之亮，为我们提供了一个前所未有的机会，可以收集整个电磁光谱的余辉观测结果，并测试我们的模型在多大程度上反映了GRB喷流中真正发生的事情。”。她说：“25年来运行良好的余辉模型无法完全解释这种喷流。”。“特别是，我们发现了一种我们还不完全了解的新无线电组件。这可能表明喷流中有额外的结构，或者表明有必要修改GRB喷流如何与周围环境相互作用的模型。”
亚历山大解释说，这些喷气式飞机本身并没有异常强大，但它们异常狭窄——很像花园软管的喷气设置——其中一架直接指向我们。我们越靠近正面看到一架喷气式飞机，它看起来就越亮。尽管余辉在无线电能量下出乎意料地暗淡，但GRB 221009A很可能会在数年内保持可探测状态，这为追踪强大喷流的整个生命周期提供了一个新的机会。
这次爆发也使天文学家能够探测到我们银河系中遥远的尘埃云。当快速的X射线向我们传播时，其中一些从尘埃层反射，以X射线环的形式从爆炸位置扩展，产生初始爆炸的扩展“光回波”。美国国家航空航天局Neil Gehrels Swift天文台的X射线望远镜发现了一系列回波的存在。欧空局（欧洲航天局）的XMM-Newton望远镜的详细跟踪，以及Swift的数据，揭示了这些非同寻常的环是由21个不同的尘埃云产生的。
意大利梅拉特布雷拉天文台和国家天体物理研究所的研究主任塞尔吉奥·坎帕纳解释道：“尘埃云如何散射X射线取决于它们的距离、尘埃颗粒的大小和X射线能量。”。“我们能够使用这些环来重建部分爆发的即时X射线发射，并确定尘埃云在我们星系中的位置。”
19个同心环，主要是紫色、蓝色和绿色，揭示了尘埃层，这些尘埃层将BOAT爆发的X射线反射回我们，作为光的回声。
XMM-Newton图像记录了20个尘环，其中19个以任意颜色显示。这一综合观测结果是在221009A火山爆发后两天和五天进行的。深色条纹表示探测器之间的间隙。一项详细的分析表明，这里可见的最宽的环，相当于满月的表观大小，来自大约1300光年外的尘埃云。最内侧的环来自距离我们61000光年的尘埃，位于我们星系的另一边。GRB221009A是第七个显示X射线环的伽马射线暴，它是之前看到的数字的三倍，大约为一。
GRB 221009A是第七个显示X射线环的伽马射线暴，它是之前看到的数字的三倍，大约为一。回声来自700到61000光年外的尘埃。最遥远的回声——在银河系的另一边清晰可见——也在太阳系所在的星系中心平面上方4600光年处。
最后，这次爆发为探索一个重大的宇宙问题提供了机会。马里兰大学巴尔的摩县分校和美国国家航空航天局格林贝尔特戈达德太空飞行中心的天体物理学家Michela Negro问道：“我们认为黑洞是消耗一切的东西，但它们也会将能量带回宇宙吗？”。
她的团队能够用美国国家航空航天局的成像X射线偏振探测器探测尘埃环，以了解即时发射是如何组织的，这可以深入了解喷流是如何形成的。此外，在余辉阶段观察到的少量偏振证实，我们几乎直接正面观察到了喷流。
科学家们表示，再加上一个团队正在使用欧空局INTEGRAL天文台的数据研究类似的测量结果，可能有可能证明BOAT的喷气式飞机是通过利用黑洞自转放大的磁场能量提供动力的。基于这些模型的预测已经成功地解释了这次爆发的其他方面。
横幅图像：哈勃太空望远镜的宽视场相机3揭示了船GRB及其宿主星系的红外余辉（圈出），几乎可以看到一条光延伸到爆发的左上角。这张合成照片包含了2022年11月8日和12月4日，即火山爆发一个月和两个月后拍摄的图像。考虑到它的亮度，爆发的余辉可能会在几年内被望远镜探测到。这张照片结合了每天拍摄的三张近红外图像，波长从1微米到1.5微米。