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在100亿光年外,发现遥远的伽玛射线暴,当时宇宙才38亿岁!

在宇宙中的距离越远,看起来就越暗,有些甚至通过大型望远镜才能察觉得到。当天体物理学家团队探测到100亿光年外的伽玛射线暴(SGRB)余辉时,让西北大学的这些天文学家感到惊讶。毕竟,余辉已经是令人难以置信的微弱、而快速的信号(有时只持续了几个小时)。这场名为SGRB181123B的伽玛射线暴发生在宇宙大爆炸后38亿年(即100亿年前)。

这是迄今探测到的第二个距离最远伽玛射线暴,也是最远有光学余辉的事件。这项研究的资深作者、西北大学的方文辉(音译)说:我们当然没有想到会发现遥远的伽玛射线暴,因为它们极其罕见,非常微弱,用望远镜进行‘取证’来了解它所处的环境,因为它母星系的样子,可以告诉我们很多关于这些系统的潜在物理信息,该研究的第一作者克里·帕特森(Kerry Paterson)表示:

就遥远的伽玛射线暴而言,我们正在揭开其中的冰山一角,这促使我们进一步研究过去的事件,并密切关注未来的事件,其研究发表在《天体物理学》期刊上。方文辉是西北大学温伯格文理学院物理和天文学助理教授,也是Ciera(天体物理跨学科探索与研究中心)的成员,帕特森是西埃拉的博士后助理。伽玛射线暴是宇宙中能量最高、亮度最高的一些爆炸,最有可能发生在两颗中子星合并的时候。

这种合并会导致短暂的伽玛射线爆发,而伽玛射线是最高能量的光形式。天文学家通常每年能探测到7到8个定位良好的伽玛射线暴,以便进行进一步的观测。由于它们的余辉通常最多持续几个小时就会消失,所以它们很少会停留足够长的时间,所以很难收集到更多信息。但是有了SGRB181123B,天文学家们就幸运了。美国宇航局尼尔·盖尔斯·斯威夫特天文台首次探测到这一事件。

宇宙正午的一瞥

在几个小时内,西北大学研究团队使用位于夏威夷莫纳克亚山顶双子座-北望远镜远程访问了国际双子座天文台。利用这台口径8.1米的望远镜,研究人员测量了SGRB181123B伽玛射线暴的光学余辉。通过使用智利双子座-南、亚利桑那州MMT和夏威夷Keck望远镜进行后续观察,研究人员意识到SGRB181123B可能比大多数恒星更遥远。

在发现短伽玛射线暴仅仅几个小时后就对其进行了深入的观察。双子座天文台观测的图像非常清晰,使天文学家能够精确定位宇宙中某个特定星系的位置。为了揭示伽玛射线暴与地球的距离,研究小组随后访问了位于双子座南天文台的一台近红外光谱仪,该光谱仪可以探测更红的波长。通过拍摄宿主星系的光谱,研究人员才意识到他们偶然发现了一个遥远的伽玛射线暴。

在确定了宿主星系并计算了距离后,研究团队能够确定产生这一事件星系内母星群的关键属性。因为sgrb181123b伽玛射线暴出现时,宇宙年龄仅为其当前年龄的30%,这是一个被称为“宇宙正午”的时期,提供了一个难得的机会来研究宇宙还是个“青少年”时的中子星合并。当伽玛射线暴发生时,宇宙非常忙碌,有快速形成的恒星和快速增长的星系。

大质量双星的诞生、演化和消亡需要时间,最终变成一对最终融合的中子星。中子星(特别是那些产生伽玛射线暴的中子星合并)需要多长时间才能合并,这是很早以前就不清楚的,在宇宙历史的这一时刻发现中子星合并产生的伽玛射线暴表明,在宇宙正在形成大量恒星的时候,这对中子星可能已经相当快地融合在一起了。

博科园|研究/来自:西北大学

参考期刊《arXiv》《天体物理学》

Cite: arXiv:2007.03715

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