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宇宙伽马射线暴的威力有多大

2015-10-30

谁是太空中最厉害的“杀手”?伽马射线暴!来自耶路撒冷希伯来大学的物理学家发现,伽马射线暴的威力有多大:能够杀死一定范围内的宇宙生命。更致命的是,伽马射线暴还会定期发生,这大大延缓了宇宙生命进化成高级物种的进程。

伽马射线暴

伽马射线暴是宇宙中发生的最剧烈的爆炸,理论上是由巨大恒星在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体(黑洞或中子星)合并而产生的,其强大的辐射可破坏生命体的DNA,并导致行星失去大气层。最新的评估认为,伽马射线暴可能清除了大约90%的星系空间,而银河系也曾遭受过它的侵袭。5亿年前左右,它可能还袭击过地球,导致了大量生命的灭绝。科学家认为,地球生命在未来可能还会面临同样的命运。




伽玛射线暴(Gamma Ray Burst, 缩写GRB),又称伽玛暴,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.1-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽玛暴发现于1967年,数十年来,人们对其本质了解得还不很清楚,但基本可以确定是发生在宇宙学尺度上的恒星级天体中的爆发过程。伽玛暴是目前天文学中最活跃的研究领域之一,曾在1997年和1999年两度被美国《科学》杂志评为年度十大科技进展之列。
伽马射线暴短至千分之一秒,长则数小时,会在短时间内释放出巨大能量。如果与太阳相比,它在几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和,其发射的单个光子能量通常是典型太阳光的几十万倍。



伽马射线暴的研究历史



20世纪60年代,美国发射了船帆座卫星,上面安装有监测伽玛射线的仪器,用于监视苏联和中国进行核试验时产生的大量伽玛射线。1967年这颗卫星发现了来自宇宙空间的伽玛射线突然增强,随即又快速减弱的现象,这种现象是随机发生的,大约每天发生一到两次,强度可以超过全天伽玛射线的总和,并且来源不是在地球上,而是宇宙空间。由于保密的原因,关于伽玛射线暴的首批观测资料直到1973年才发表[3]  ,并很快得到了苏联Konus卫星的证实。

由于伽玛暴的持续时间非常短暂,而且方向不好确定,起初对伽玛暴的研究进展十分缓慢,连距离这样的基本物理量都难以测定,1980年,基于Ginga卫星的观测结果,许多人相信伽玛射线暴是发生银河系中的一种现象,成因与中子星有关,并围绕中子星建立起数百个模型。20世纪80年代中期,美籍波兰裔天文学家玻丹·帕琴斯基提出,伽玛射线暴发生在银河系外,是位于宇宙学距离上的遥远天体,然而这种观点并没有得到普遍认可。


1991年美国发射了康普顿伽玛射线天文台(CGRO),这颗卫星的八个角上安装了八台同样的仪器BASTE,能够定出伽玛射线暴的方向,精度大约为几度,几年时间里,对3000余个伽玛暴的系统巡天发现,伽玛射线暴在天空中的分布是各向同性的,支持了伽玛射线暴是发生在遥远的宇宙学尺度上的观点,并且引发了帕钦斯基与另一位持相反观点的科学家拉姆的大辩论。

如果伽玛射线暴确实位于宇宙学尺度上,那么由它的亮度可以推断,伽玛暴必定具有非常巨大的能量,往往在几秒时间里释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和,是人们已知的宇宙中最猛烈的爆发,例如1997年12月14日发生的一次伽玛暴,距地球120亿光年,在爆发后一两秒内,其亮度就与除它以外的整个宇宙一样明亮,它在50秒内释放出的能量相当于银河系200年的总辐射能量,比超新星爆发还要大几百倍。在它附近的几百千米范围内,再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。而1999年1月23日发生的一次伽玛暴比这还要猛烈十倍。

1996年,意大利和荷兰合作发射了BeppoSAX卫星,这颗卫星能够准确地测定伽玛射线暴的方位,定位精度约为50角秒,这就为地面上的望远镜在伽玛暴未消逝之前寻找其光学对应体提供了强有力的支持。在它的帮助下,天文学家们率先发现了1997年2月28日爆发的一个伽玛暴的光学对应体,称为伽玛暴的“光学余辉”,后来又陆陆续续地发现了数个类似的余辉,不仅有可见光波段的,也有射电波段,X射线波段,并且还证认出了伽玛暴的宿主星系,对宿主星系红移的观测证实,伽玛暴远在银河系以外,是宇宙学距离上的天体,余辉的发现使人们能够在伽玛暴发生后数月甚至数年的时间里对其进行持续观测,大大推动了伽玛暴的研究。





伽马射线暴是1967年美国Vela卫星在核爆炸监测过程中由克莱贝萨德尔(Klebesadel)等人无意中发现的。
恒星的诞生和老恒星的死亡是联系在一起的。超大质量恒星迅速老化、爆炸,散发出的星际尘埃快速充斥于星云之中,超大质量爆炸产生的新物质也被喷发进星云之中,星云密度变得很大,孕育新的恒星诞生。在充斥着星际尘埃的星系,大量的恒星生死轮回正在发生着。由于恒星形成于星际尘埃区域,可推测包裹黑暗伽马射线暴的尘埃团可能是孕育恒星的诞生之地。




冷战时期,美国发射了一系列的军事卫星来监测全球的核爆炸试验,在这些卫星上安装有伽马射线探测器,用于监视核爆炸所产生的大量的高能射线。侦察卫星在1967年发现了来自浩瀚
伽马射线暴宇宙空间的伽马射线在短时间内突然增强的现象,人们称之为“伽马射线暴”。由于军事保密等因素,这个发现直到1973年才公布出来。这是一种让天文学家感到困惑的现象:一些伽马射线源会突然出现几秒钟,然后消失。这种爆发释放能量的功率非常高。一次伽马射线暴的“亮度”相当于全天所有伽马射线源“亮度”的总和。随后,不断有高能天文卫星对伽马射线暴进行监视,差不多每天都能观测到一两次的伽马射线暴。
至今人们已经观测到了2000多个伽马暴。


外星人早就被伽马射线暴杀死了。。。。。


宇宙中的爆炸之巨大令人难以置信、令人难以想象。当一颗有太阳150倍的恒星爆炸时,将会产生宇宙中最明亮的光源,在短短几秒钟内就会释放出太阳在十亿年才能释放出的能量。这相当于10的39次方吨爆炸物所释放的能量。

  这种爆炸会产生高能辐射粒子束,称之为伽玛射线爆发(gamma-ray bursts ,GRBs),这被天文学家认为是宇宙中最高能量之所在。这是由天文学家认为是最强大的东西在宇宙中。更为重要的是,伽玛射线爆发会使得我们在其他星体上发现生命的希望落空。

  态度乐观的科学家们认为,我们在宇宙中并不孤单。但如果真的有其他生命存在,那么到底为什么会寻而不见呢?有一种解释认为是在宇宙中生命是极为 罕见的,其原因正是由于伽玛射线爆发在宇宙中的存在。射线爆发含有惊人的伽玛辐射粒子束,通常持续几秒钟至几分钟,最长也可持续数小时。

  在地球上,伽玛射线由放射性元素衰变产生,是对生物非常危险。而这些超强的伽玛射线束是由最具能量的恒星——超超新星(hypernova)爆炸而来。超超新星是我们所熟知的超新星(supernova)的一个更为壮观的版本。当这种情况发生时,爆炸将大量有害伽玛射线以极高速度射入太空。


  大量伽玛射线所到之处,生命几乎完全灭绝。正由于此,伽玛射线爆发在不断的“血洗”着这个宇宙。假如有像地球一样的星球,经过数十亿年的进化,居住其中的生命具备智能,掌握了先进技术,可以建造太空飞船,便可逃离他们所在的星系,寻找其他的星球。如果伽玛射线爆发发生于进化程度较低的社会中,智能生命将比我们所以为的更难生存下来。这个问题被称作费米悖论(Fermi paradox)。

  伽玛射线爆发将成为宇宙中最亮的光源,首次发现于冷战时期。在20世纪60年代后期,美国发射一系列军事卫星监视苏联核试验残留伽玛辐射的任何证据。他们卫星的确发现了伽玛射线,却是从数十亿光年外而来。

  由于伽玛射线爆发是如此明亮,我们可以在宇宙各个角落从极为遥远的距离观察到伽玛射线爆发。我们平均每天都发现在一个伽玛射线爆发,这意味着一个星系在10万年至100万年间会经历一次爆发,这从宇宙的标准来说是十分罕见的。

  据目前我们所知,银河系从来没有经历过伽马射线爆发。最有可能发生爆发的恒星距我们大约7500光年。这个距离虽然对于地球来说已经足够安全,但是爆发产生的光亮仍会让地球夜如白昼。
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