NASA的雨燕卫星探测到它的第一千个伽马暴

上图展示的GRB 151027B 是雨燕（Swift）卫星探测到的第一千次的伽马射线暴中心，图像由X射线、紫外和可见光三个波段合成得到。X射线被雨燕（Swift）的X射线望远镜所捕捉到，它在伽马暴预警望远镜（BAT）探测到爆发的3.4分钟后开始了对这个区域的观测。Swift的紫外和光学望远镜（UVOT）在爆发开始后7秒开始观测，微弱地在可见光波段探测到了爆发。这幅图像包含了爆发之初产生的能量在300到6000电子伏特的X射线，以及通过UVOT望远镜的可见波段、蓝光波段和紫外波段滤波器观测到的更低能量的光线（分别以红色、绿色、蓝色显示）。这张图像累计曝光了10.4小时。

图片来源：NASA/Swift/菲尔·伊文思，莱斯特大学

NASA的雨燕（Swift）航天器探测到了第一千次的伽马射线暴（GRB）。伽马射线暴是宇宙中能量最强的爆发，通常与一颗大质量恒星的坍缩和一个黑洞的创生相关联。

“探测伽马射线暴是Swift的本行，我们现在正好观察到了1000次，并且还会继续增多。” 来自马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心Swift的项目负责人尼尔·格雷尔斯说，“在太空服役将近11年后，这个航天器依旧保持着良好的状态，而我们则期待观察到更多伽马射线暴事件。”

伽马射线暴是在很短时间内发生的高能射线爆发，常常持续不超过一分钟，在天空中某处每隔几天就可能发生一次。科学家们正在寻找可以提供对于极端物理过程最深刻的理解的特殊爆发事件。

这幅插图展示了最常见的伽马射线暴的结构。一颗大质量恒星的核心（左侧）已经坍缩，形成了一个黑洞；黑洞产生的喷流以近乎光速的速度穿过坍缩的恒星喷发到空间中。光谱中的辐射肇因于新生黑洞附近的炽热气体、喷流内快速运动的气体不同壳层之间的碰撞，以及喷流最前缘横扫宇宙空间时与周围环境的相互作用。

图片来源：NASA戈达德太空飞行中心

在美国东部夏令时10月27日下午6：41前不久，雨燕（Swift）的伽马暴预警望远镜（BAT）探测到了它的第一千次伽马暴，表现为波江星座方向位置的伽马射线脉冲突增。天文学家以探测到的日期和这是当天探测到的第二次爆发将这次事件命名为GRB 151027B。雨燕（Swift）自动确定了事件发生的位置，将其通报给全世界的天文学家，并用其自带的X射线、紫外线和光学望远镜开始调查这个源。

天文学家用持续时间来划分伽马暴的类别。就像GRB 151027B一样，大约90%的爆发都属于“长”类型，其伽马射线脉冲持续时间超过2秒。它们被认为发生在一颗内核用尽燃料并且坍缩为一颗黑洞的大质量恒星处。当物质落向新生的黑洞时，黑洞发射出近光速向外运动穿过恒星的外表层的恒星次原子粒子喷流。当粒子流到达恒星表面时，它们发射出伽马射线——能量最强的光线。在很多时候，这颗恒星在随后会被观测到爆发成为超新星。

“短”类型的伽马暴持续不到2秒时间——有时仅仅是千分之一秒。雨燕（Swift）的观测提供了强有力的证据表明这些事件是由绕轨道运行的中子星或黑洞并合造成的。

一旦一次伽马暴得到证认，工作重点就转到了用尽可能多的设备观测它变暗的光线。基于雨燕（Swift）的预警信息，自动化的天文台和人工运行的望远镜都转向爆发的区域，以测量伽马暴发生后迅速变暗的余辉（afterglow）。余辉会释放X射线、紫外线、可见光和红外线，还有射电波。尽管可见光的余辉通常很昏暗，它们的亮度仍然足够被肉眼观察到。

“多年以来，天文学家不断地改进他们的技术，从而在可能的最短时间内将望远镜对准爆发点。”雨燕（Swift）的任务运行主管，宾夕法尼亚州立大学帕克校区天文与天体物理学教授约翰·诺塞克说，“事实上，紧随雨燕（Swift）伽马暴预警之后的科学进程像以往一样高产。”

GRB 151027B为科学家提供了一个完美的范例。雨燕（Swift）发出伽马暴预警后5小时，爆发所在位置通过智利帕拉纳尔的欧洲南方天文台（ESO）变得可见。由北京中科院国家天文台的徐东（音）领导的团队使用ESO的甚大望远镜X射手摄谱仪捕捉到了此次余辉的可见光。ESO的观测结果显示，从爆发处发出的光线用了超过120亿年时间传到我们这里，让这次爆发成为了雨燕（Swift）记录到的少数最遥远的伽马暴之一。

如今，天文学家对大约30%的雨燕探测的伽马暴进行了距离测量，这使得调查这些剧烈的事件如何分布于时空当中变得可能。距离的纪录由GRB 090429B保持，它在宇宙中恒星形成的早期爆发；其光线穿行了130亿年才到达地球。

这幅插图展示了1000个雨燕（Swift）探测到的伽马暴在全天图像中的位置（这里全天图像进行了调整，以保证我们自己所在的银河系平面横穿过中心）。伽马暴事件用年份标定了颜色，GRB 151027B的位置被显示在右下角。按年度统计的雨燕（Swift）探测到的爆发数目标注在了年份标注的下方。图像背景是2微米全天巡视的红外图像。

图像来源：NASA戈达德太空飞行中心以及2微米全天巡视/J.卡彭特，T.H.加勒特和R.赫特

除了伽马暴的研究之外，雨燕（Swift）还进行大量的天体物理现象的多波段观测，从邻近的彗星到遥远的类星体和耀变体——超大质量黑洞产生难以想象的高能耀斑的星系。

“雨燕（Swift）是全能到令人惊讶的天文台，每周进行伽马射线暴的探测，每天进行机遇目标的观测，并且拥有一个覆盖天文学所有领域的巨大用户社群。” 位于米兰的意大利国家天体物理学研究所的研究主管，雨燕（Swift）的合作研究者帕特里奇亚·卡拉维尔说到。

“雨燕（Swift）已经成为一台难以置信的探索机器，发现了前所未知类型的由恒星、星系以及伽马暴本身产生的爆发。”领导莱斯特大学英国雨燕（Swift）团队的朱利安·奥斯本说，“能看到我们国家对于这项科学任务的X射线和紫外及光学望远镜做出重要贡献，并产生如此大的影响，真是太棒了。”

随着新型的天文台不断升温，雨燕（Swift）随时准备着承担一个新的角色。天文学家已经探测到了来自太阳系外的中微子，它被称为幽灵粒子。他们期待很快引力波天文台就会探测到时空的第一缕涟漪——原初引力波，由爱因斯坦相对论预言的现象。雨燕（Swift）项目的科学家计划运用该卫星的能力去寻找与中微子和引力波的源相关联的高能光线。

雨燕（Swift）发射于2004年11月20日，由NASA戈达德中心管理，该任务与宾州州立大学、新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室、弗吉尼亚州杜勒斯的轨道科学公司合作运行。其他合作伙伴包括英国的莱斯特大学和穆拉德空间科学实验室，意大利的布雷拉天文台和意大利太空总署，还得到了德国和日本的支持。