伽瑪射線暴(Gamma Ray Burst, 縮寫GRB)，又稱伽瑪暴，是來自天空中某一方向的伽瑪射線強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)，隨后又迅速減弱的現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間在0.1-1000秒，輻射主要集中在0.1-100 MeV的能段。伽瑪暴發(fā)現(xiàn)于1967年，數(shù)十年來，人們對(duì)其本質(zhì)了解得還不很清楚，但基本可以確定是發(fā)生在宇宙學(xué)尺度上的恒星級(jí)天體中的爆發(fā)過程。伽瑪暴是目前天文學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一，曾在1997年和1999年兩度被美國《科學(xué)》雜志評(píng)為年度十大科技進(jìn)展之列。

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伽馬射線暴是宇宙中發(fā)生的最劇烈的爆炸，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時(shí)塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體(黑洞或中子星)合并而產(chǎn)生的。伽馬射線暴短至千分之一秒，長則數(shù)小時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量。如果與太陽相比，它在幾分鐘內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于萬億年太陽光的總和，其發(fā)射的單個(gè)光子能量通常是典型太陽光的幾十萬倍。

產(chǎn)生原因

恒星的誕生和老恒星的死亡是聯(lián)系在一起的。超大質(zhì)量恒星迅速老化、爆炸，散發(fā)出的星際塵?？焖俪涑庥谛窃浦?，超大質(zhì)量爆炸產(chǎn)生的新物質(zhì)也被噴發(fā)進(jìn)星云之中，星云密度變得很大，孕育新的恒星誕生。在充斥著星際塵埃的星系，大量的恒星生死輪回正在發(fā)生著。由于恒星形成于星際塵埃區(qū)域，可推測包裹黑暗伽馬射線暴的塵埃團(tuán)可能是孕育恒星的誕生之地。

關(guān)于伽瑪射線暴的成因，有人猜測它是兩個(gè)致密天體如中子星或黑洞的合并產(chǎn)生的，也有觀點(diǎn)認(rèn)為它是在大質(zhì)量恒星演化為黑洞的過程中產(chǎn)生的。

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1998年發(fā)現(xiàn)伽瑪暴GRB 980425與一個(gè)超新星SN Ib/Ic 1998bw相關(guān)聯(lián)。這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，暗示伽瑪暴的成因可能是大質(zhì)量恒星的死亡。2002年，一個(gè)英國的研究小組研究了由XMM-牛頓衛(wèi)星對(duì)2001年12月的一次伽瑪暴的長達(dá)270秒的X射線余輝的觀測資料，發(fā)現(xiàn)了伽瑪暴與超新星有關(guān)的證據(jù)，發(fā)表在2002年的《自然》雜志上。進(jìn)一步的研究揭示，普通的超新星爆發(fā)有可能在幾周到幾個(gè)月之內(nèi)導(dǎo)致伽瑪射線暴。大質(zhì)量恒星的死亡會(huì)產(chǎn)生伽瑪暴這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到普遍認(rèn)同。

現(xiàn)象分類

伽瑪暴有兩類，短暴(小于2秒)與長暴(大于2秒)。

長暴被普遍認(rèn)為是“超新星的類似物”，標(biāo)志著50至100倍于太陽的恒星的毀滅性爆發(fā)。當(dāng)這樣一顆龐大的恒星爆炸時(shí)，它會(huì)留下一個(gè)黑洞，并將這一信息以伽瑪射線的形式掃過宇宙。內(nèi)在的物理機(jī)制首先由加州大學(xué)的物理學(xué)家Stan Woosley博士提出并發(fā)展成形，而他的“坍縮星”模型被認(rèn)為是解釋長暴的主流理論。

短暴更為讓人迷惑。它們的起落時(shí)間非常短，不會(huì)是超新星，而爆發(fā)的能量并不足以構(gòu)成恒星的爆發(fā)。許多研究者認(rèn)為，它們是由超致密的中子星(可能也是中子星與黑洞)碰撞產(chǎn)生的。兩種情況都會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)黑洞。

伽馬射線暴的能源機(jī)制至今依然遠(yuǎn)未解決，這也是伽馬射線暴研究的核心問題。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)也將更加深入，很多現(xiàn)在看來還是個(gè)謎的問題也許未來就會(huì)被解決，探索宇宙的奧秘不但是人類追求科學(xué)進(jìn)步的必要，這些謎團(tuán)的解開也終將會(huì)使人類自身受益。

主要特征

伽瑪射線暴的持續(xù)時(shí)間一般在0.1秒到1000秒左右，以2秒為界，大致可以分為長暴和短暴兩類，典型的持續(xù)時(shí)間分別為30秒和0.3秒。時(shí)變的輪廓比較復(fù)雜，往往具有多峰的結(jié)構(gòu)。伽瑪射線暴在天空中的分布是各向同性的，但遠(yuǎn)距離的伽瑪射線暴明顯少于近距離的，顯示出非均勻各向同性，可以被膨脹宇宙學(xué)模型所支持，表明伽瑪射線暴是發(fā)生在宇宙學(xué)距離上的。

伽瑪射線暴爆發(fā)過后會(huì)在其它波段觀測到輻射，稱為伽瑪射線暴的余輝。根據(jù)波段不同可分為X射線余輝、光學(xué)余輝、射電余輝等。余輝通常是隨時(shí)間而指數(shù)式衰減的，X射線余輝能夠持續(xù)幾個(gè)星期，光學(xué)余輝和射電余輝能夠持續(xù)幾個(gè)月到一年。

爆發(fā)歷史

一、星際塵埃吸收伽馬射線暴可見光，2009年6月8日，在美國天文學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議上美國加州大學(xué)伯克利分校丹尼爾-珀利(Daniel Perley)說：“我們相信已經(jīng)揭開了黑暗伽馬射線暴的成因之謎?！彼屯聜兺ㄟ^加州帕洛馬天文臺(tái)直徑60英寸的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)“雨燕”探測衛(wèi)星曾觀測的29個(gè)伽馬射線暴中14個(gè)是黑暗的，無法觀測到可見光波。他們進(jìn)一步通過夏威夷凱克天文臺(tái)的10米望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示它們并不是完全處于黑暗狀態(tài)。這14個(gè)黑暗伽馬射線暴中有3個(gè)透出微弱光線，像昏暗的余暉，其余的11個(gè)伽馬射線暴雖然處于黑暗狀態(tài)，但是研究小組發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致伽馬射線暴產(chǎn)生的強(qiáng)烈爆炸所在的星系。這說明這些伽馬射線暴產(chǎn)生的星系距離地球不會(huì)超過129億光年，因?yàn)檫@已經(jīng)接近了人類宇宙觀測的極限。而且如果距離超過129億光年，任何可探測的光波都會(huì)發(fā)生多普勒紅移。

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幾次特別的伽馬射線暴

1997年12月14日發(fā)生一次伽馬射線暴，它距離地球遠(yuǎn)達(dá)120億光年，所釋放的能量比超新星爆發(fā)還要大幾百倍，在50秒內(nèi)所釋放出伽馬射線能量就相當(dāng)于整個(gè)銀河系200年的總輻射能量。這次伽馬射線暴持續(xù)時(shí)間在一兩秒內(nèi)，其亮度與除它以外的整個(gè)宇宙一樣明亮。

1999年1月23日發(fā)生的伽馬射線暴比這次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的十倍，這也是人類迄今為止已知的最強(qiáng)大的伽馬射線暴。

在2009年4月23日，天文學(xué)家曾觀測到迄今最遙遠(yuǎn)的伽馬射線暴，它距離地球131億光年，也是人類觀測到的最遙遠(yuǎn)天體，導(dǎo)致該伽馬射線暴發(fā)生的強(qiáng)烈爆炸發(fā)生在宇宙起源后不到7億年時(shí)。研究小組評(píng)估稱，黑暗伽馬射線暴在宇宙早期階段所有伽馬射線暴中只占0.2%到0.7%，這也說明宇宙起源早期并沒有發(fā)生非常多的恒星形成現(xiàn)象。

2004年，地球曾遭遇巨型“耀斑”襲擊，一次來自宇宙深處的高能伽馬射線暴轟擊了地球大氣。那一次轟擊前所未有，其在小于一秒的瞬間發(fā)出的能量相當(dāng)于太陽在50萬年內(nèi)發(fā)出的總能量。

這一事件發(fā)生在2004年12月27日，它來自一類中子星：磁星。這種中子星具有超強(qiáng)的磁場，這次爆發(fā)的這顆位于銀河系的另一端。發(fā)生爆發(fā)的磁 星編號(hào)為SGR 1806-20，它也被稱為“軟伽馬射線復(fù)現(xiàn)源”，通常這類天體輻射集中在低能伽馬射線波段，但當(dāng)其磁場發(fā)生重置時(shí)，便會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈能量爆發(fā)。它距離地球達(dá) 5萬光年，但它巨大的威力使人們?cè)诘厍蛏仙踔劣萌庋鄱寄芸匆姟?/p>

2013年11月24日，多國研究人員報(bào)告他們利用太空與地面望遠(yuǎn)鏡，觀測到截止2013年為止最亮的一個(gè)伽馬射線暴，這也是人們觀測到的最劇烈的一次宇宙爆炸。美國航天局的雨燕太空望遠(yuǎn)鏡、費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡以及其他地面望遠(yuǎn)鏡，在2013年4月27日觀測到在多個(gè)方面都打破紀(jì)錄的伽馬射線暴GRB 130427A。它的亮度在地球上拿雙筒望遠(yuǎn)鏡都可以看見。根據(jù)對(duì)余暉的光譜觀測還發(fā)現(xiàn)，這個(gè)伽馬射線暴發(fā)生在距地球約36億光年處，這個(gè)距離僅為典型伽馬射線暴的三分之一遠(yuǎn)。引發(fā)這個(gè)伽馬射線暴的是一顆巨大恒星的爆炸，該恒星質(zhì)量是太陽的20到30倍，但體積只有太陽的3到4倍，是一顆非常致密的恒星。

科學(xué)家最新研究稱，地球在公元8世紀(jì)時(shí)曾遭受宇宙中迄今已知的最強(qiáng)大的爆炸—伽瑪射線爆發(fā)的洗禮。此項(xiàng)研究的研究報(bào)告發(fā)表在了最新一期的國際著名天文刊物《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。

二、研究人員在2012年發(fā)現(xiàn)的證據(jù)表明，我們的地球曾在中世紀(jì)被一陣輻射擊中，但一直不清楚到底發(fā)生了什么樣的宇宙事件。2012年，一項(xiàng)最新的研究表明，當(dāng)時(shí)銀河系發(fā)生了兩個(gè)黑洞或兩顆中子星合并的現(xiàn)象。合并僅在數(shù)秒鐘內(nèi)發(fā)生，但它們釋放出了大量的輻射波和能量。此項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、德國耶拿大學(xué)天體物理學(xué)協(xié)會(huì)的教授拉爾夫·紐豪瑟(Ralph Neuhauser)說：“伽瑪射線爆發(fā)是非常有爆發(fā)力的活動(dòng)，我們的研究表明，能量來自3000至12000光年遠(yuǎn)，這在我們的銀河系范圍內(nèi)。”

2011年，一個(gè)研究小組在日本發(fā)現(xiàn)，一些古老的雪松樹上有一種不同尋常的放射性碳，被稱為碳14。研究人員還在南極冰蓋上發(fā)現(xiàn)了放射性鈹—鈹10。這些同位素產(chǎn)生于強(qiáng)烈的輻射沖擊上層大氣中的原子時(shí)，這表明，來自太空的能量爆發(fā)曾經(jīng)沖擊過我們的地球。根據(jù)樹木年輪和冰的數(shù)據(jù)，研究人員能夠確定，這一事件發(fā)生于公元774年和公元775期間。

2013年11月21日，多國研究員表示，他們利用太空與地面望遠(yuǎn)鏡，以前所未有的精度觀測到迄今最亮的一個(gè)伽馬射線暴，這也是人們觀測到的最劇烈的一次宇宙爆炸。亞拉巴馬大學(xué)亨茨維爾分校博士后熊少林分析道：“類似的爆炸可能是百年一遇?！笔紫龋瞧袢藗冇^測到的最亮的一個(gè)伽馬射線暴，在地球上拿雙筒望遠(yuǎn)鏡都可以看見;第二，單個(gè)光子能量最高(950億電子伏)，相當(dāng)于典型太陽光的300億倍;第三，這個(gè)伽馬射線暴的余暉高能輻射長達(dá)20小時(shí)，是持續(xù)時(shí)間最長的一次。此外，這次伽馬射線暴也是迄今觀測到的所有伽馬射線暴中總能量釋放最大的之一。

天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)伽馬射線暴背后新機(jī)制

北京時(shí)間2013年12月28日消息，據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)站報(bào)道，澳大利亞科廷大學(xué)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一類新的爆發(fā)恒星，他們?cè)谵D(zhuǎn)變?yōu)楹诙粗皶?huì)首先停止對(duì)外發(fā)射無線電波輻射。這些恒星會(huì)用盡它們生前的最后一絲力氣發(fā)出一次強(qiáng)烈的輻射，即一次高能的伽馬射線暴，隨后死去。

直到現(xiàn)在，天文學(xué)家們一直相信在伽馬射線暴之后應(yīng)當(dāng)會(huì)緊隨其后出現(xiàn)無線電波波段的余暉。而這一點(diǎn)正是澳大利亞悉尼大學(xué)和科廷大學(xué)全天天體物理學(xué)中心(CAASTRO)試圖去證明的。

此項(xiàng)研究的首席科學(xué)家，科廷大學(xué)天文學(xué)家保羅·漢考克博士(Dr Paul Hancock)表示：“但我們錯(cuò)了。我們對(duì)一次伽馬射線暴的精確圖像進(jìn)行的仔細(xì)研究，但它并沒有無線電輻射余暉。我們現(xiàn)在可以有把握的說我們此前的理論是錯(cuò)誤的，我們的望遠(yuǎn)鏡設(shè)備沒有讓我們失望?！?/p>

該研究組用于構(gòu)建伽馬射線暴超高精度圖像從而開展有關(guān)研究的技術(shù)方法已經(jīng)在出版的《天體物理學(xué)報(bào)》上進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道。

這項(xiàng)技術(shù)允許將超過200張圖像進(jìn)行疊加，從而合成出比原始圖像質(zhì)量好得多的伽馬射線暴圖像，但即便在這樣質(zhì)量的圖像上，研究人員也沒有能發(fā)現(xiàn)存在無線電波段輻射余暉的跡象。漢考克博士表示：“在我們的研究論文中，我們認(rèn)為必定存在兩種不同的伽馬射線暴，其原因可能與爆發(fā)恒星不同的磁場特性有關(guān)?！?/p>

伽馬射線的閃電模擬

天文學(xué)家的以前說法：可能是由于這種伽馬射線暴距離太遠(yuǎn)，無法在視覺波長范圍內(nèi)觀測。最新一項(xiàng)研究揭示了其中的奧秘，星際塵埃吸收了幾乎全部的可見光，但能量更高的伽馬射線和X射線卻能穿透星際塵埃，被地球上的望遠(yuǎn)鏡捕捉到。 大質(zhì)量恒星的死亡會(huì)產(chǎn)生伽馬暴這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到普遍認(rèn)同。天文學(xué)家認(rèn)為，其中的大多數(shù)伽馬暴是在超大質(zhì)量恒星耗盡核燃料時(shí)發(fā)生的。當(dāng)恒星的核心坍縮為黑洞后，物質(zhì)噴流以接近光速的速度向外沖出。噴流從坍縮星涌過，繼續(xù)向宇宙空間行進(jìn)，并與先前被恒星照耀的氣體相互作用，產(chǎn)生隨著時(shí)間衰減的明亮余輝。多數(shù)伽馬射線將在可見光范圍內(nèi)呈現(xiàn)出明亮光線。然而一些伽馬射線暴卻是黑暗狀態(tài)，它們?cè)诠鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡中無法探測到。最新一項(xiàng)研究顯示，黑暗伽馬射線暴實(shí)際上并不是由于距離遙遠(yuǎn)而無法觀測，它們無法釋放光線是由于被星際塵埃吸收了大部分的可見光，這些星際塵埃團(tuán)可能是恒星孕育誕生地。

曾經(jīng)引發(fā)4億年前生物大滅絕。它可能產(chǎn)生于雷，也參與閃電的形成旱新的研究表明，雷中釋放出的伽馬射線可能才是閃電形成的主要原關(guān)于雷電島×馬射線可能是閃電形成的主要原因。這個(gè)猜想.2008年前佛羅里達(dá)技術(shù)協(xié)因?？灯疹D伽馬射線天文臺(tái)在上世紀(jì)會(huì)的天體物理學(xué)家約瑟夫-德懷爾就90年代早期就從地面的雷電中發(fā)現(xiàn)了提出了。伽馬射線。當(dāng)時(shí)德懷爾從一些相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告伽馬射線是波長小于0.1納米的電中發(fā)現(xiàn)伽馬射線和閃電有關(guān)系，為了證磁波，輻射能量比x射線還高。伽馬射明這一關(guān)系，他建立了一個(gè)高能量輻射線在短期內(nèi)突然增強(qiáng)就會(huì)形成射線暴.模型用來描述地球大氣層電場的形成?！∑淠芰酷尫畔喈?dāng)于宇宙大爆炸。伽馬射結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些在電場中的伽馬射線釋線暴形成的原因，到底是由兩個(gè)中子星放的高速電子與大氣層其他微粒發(fā)生碰碰撞時(shí)產(chǎn)生的還是大質(zhì)量恒星在死亡撞，可以產(chǎn)生強(qiáng)大的雷鳴聲.同時(shí)釋放時(shí)生成黑洞的過程中產(chǎn)生的.至今都沒出電荷。在雷雨天氣中.上升氣流和下有定論。但有一點(diǎn)是科學(xué)家們都承認(rèn)的，降氣流推動(dòng)水分子互相作用.電場強(qiáng)度那就是在有巨大的宇宙能量產(chǎn)生時(shí)，比增大，最終釋放出的電子以接近光速的如雷暴產(chǎn)生的過程中.會(huì)產(chǎn)生伽馬射線.速度穿越空氣。

雖然當(dāng)時(shí)德懷爾的猜想神秘的閃電可能是由雷暴釋放的伽馬射線形成的。自然也就僅限于猜想而已.最終并沒有形成定論。真正可以模擬并最鄰近伽馬射線形成閃電模擬的.是2012年日本東京理工大學(xué)和日本物理和化學(xué)研究所聯(lián)合的一次研究。這個(gè)研究組派出一支伽馬射線研究分隊(duì)，到日本海的低空中觀察在雷電中形成的伽馬射線。