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有史以来最亮的太空爆炸,似乎产生了一种本不应该存在的高能粒子


10月9日,历史上最大的太空爆炸发生了,是一种伽马射线暴(一种宇宙事件)。一颗巨大的濒死恒星在坍缩成黑洞或中子星时释放出强大的能量喷流。这个伽马射线暴非常明亮,以至于费米伽玛射线空间望远镜都超负荷运行了。天体物理学家安德鲁·莱文说,

每秒光子太多,望远镜已经“超载”。

这次爆炸甚至(似乎)引发了地球的电离层的异常扰动。天文学家们称这次事件为BOAT(brightest of all time,有史以来最亮的),并开始研究它以获取有关伽马射线暴和更多的宇宙信息。天体物理学家埃里克·伯恩斯说,

即使10年后,我们也会从这些数据集中获得新的认识。我还没有完全意识到这真的发生了。

最初的分析表明,BOAT如此明亮有两个原因。首先,它发生在距离地球约24亿光年的地方——对于伽马射线爆发来说已经相当近了。其次,也有可能是BOAT的强大喷射力指向了地球。这两个因素结合在一起,形成了这种几百年才发生一次的事件。

最重要的观察发生在中国。在四川,大型高空风雨观测台(LHAASO)追踪来自太空的高能粒子。在伽马射线暴天文学的历史上,研究人员只看到过几百个高能光子来自这些物体。而这次,LHAASO看到了5000个高能光子。伽马射线暴基本上是在LHAASO正上方的天空中爆发的。

在这些探测中,有一个被怀疑是18太电子伏(TeV)的高能光子——比以前从伽马射线爆发中观测到的任何光子都要高4倍,比大型强子对撞机所能达到的最高能量还要高。这样的高能光子本应在到达地球的途中消失,被宇宙背景光的相互作用所吸收。

那它是怎么来的呢?一种可能性是,在伽马射线爆发之后,高能光子被转化为类轴粒子。轴子是假设的轻粒子,可以解释暗物质。类轴子粒子被认为稍微重一些。高能光子可以在强磁场的作用下转化为这种粒子,比如内爆恒星周围的磁场。这样,类轴粒子就可以毫无阻碍地穿越浩瀚的太空。当它到达我们的星系时,磁场会把它转换成光子,然后光子就会到达地球。

然而,其他研究人员怀疑LHAASO的发现可能是一个错误。也许高能光子来自其他地方,它刚好到达的时间只是一个巧合。到目前为止,LHAASO团队还没有公布他们观测的详细结果。伯恩斯说,

如果我手头的数据只有百分之几的可能成为暗物质存在的确凿证据,我现在就会格外谨慎。

如果光子能与BOAT相联系,它很可能是新物理学的证据,也可能是暗物质的证据。即使没有LHAASO的数据,从这次事件中看到的光的数量也可以使科学家们回答一些关于伽马射线爆发的最大问题,包括关于喷射本身的主要谜题。喷射体是如何喷射的?当喷射体向太空喷射时,它内部发生了什么?这些都是很大的问题。

其他天体物理学家希望利用BOAT来解释为什么只有少数恒星在变成超新星时产生伽马射线暴。这是最大的谜团之一。银河系可能每一百万年才会产生一次伽马暴。伽玛射线暴是否会在坍缩的恒星的核心产生黑洞或中子星也是一个悬而未决的问题。

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