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標 題[摘錄]逼近瞬時伽瑪射線爆發的原因
發信站銘傳築夢別境 (Tue Aug 23 22:06:00 2005)
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感謝史威福(Swift)和HETE-2觀測衛星的幫忙,天文學家終於逼近了一個天文懸
案的答案:瞬時伽瑪射線爆發(gamma-ray bursts,GRBs)的起源究竟為何?天文
學家觀測到一次發生在7月24日的爆發,結果顯示目前現行的GRBs理論應是正確的:
雙星系統中,若子星皆為中子星,或一為黑洞、一為中子星等緻密天體的話,當它
們相互靠近而合併的時候,便會發生伽瑪射線爆發。
GRBs首度發現於1960年代,目前已知85%的GRBs爆發延續時間僅2秒~數分鐘,另有
15%的爆發延續時間則少於2秒鐘。1990年代末期至2000年代初期,荷蘭與義大利合
作發射之BeppoSAX衛星,曾非常快速的捕捉到幾個「長時間」的GRBs,使得天文學
家能馬上接續進行爆發餘輝(afterglows)的觀測,觀測結果證實這些異常劇烈的
爆發事件,都是因為大質量恆星的核心重力塌縮成黑洞而造成的:當大質量恆星塌
縮成黑洞的過程中,向內掉落的物質會因磁場而在恆星兩極形成速度幾近光速的高
速噴流,噴流中的震波因而產生大量的伽瑪射線。
不幸的是,BeppoSAX並不能快速地正確指向瞬時GRBs的精確位置,因此瞬時GRBs的
後續觀測全部付之闕如。這個狀況終於在史威福衛星升空之後改觀。史威福衛星曾
在今年5月9日偵測到一次瞬時GRBs(天文速報2005.05.12新誕生的黑洞?),觀測
到一個古老橢圓星系外圍一個發生時間非常短暫的爆發事件的X射線餘輝,分析結果
顯示與「合併理論」相當符合。雙星系統中的兩顆緻密天體的軌道距離會逐漸縮減
,約在至少1億年之後,這兩顆緻密天體最終可能會相互合併成一顆天體。在這段期
間,雙星系統可能早就已經遠離原來誕生的地方了。相反地,長時間的GRBs通常會
待在他們原本的恆星形成區附近,這是因為引起長時GRBs的大質量恆星通常壽命都
很短,還來不及離開它的出生地就已經「掛了」。
7月24日,史威福再度測到另一個瞬時GRB的精確位置。卡內基天文台(Carnegie
Observatories)的Edo Berger等人馬上利用6.5米麥哲倫望遠鏡(Magellan Tele
-scope)、40吋Swope望遠鏡和超大電波望遠鏡陣列等進行餘輝觀測。由於這次爆
發事件的餘輝消散時間長達35小時,使得Berger等人可以確認這次事件發生在約30
億光年遠的古老橢圓星系中,而餘輝發生地點則離星系中心約8000光年遠,此處並
非活躍的恆星誕生區。
此外,由可見光和電波觀測到的餘輝消散形式,這些天文學家認為曾有短暫的噴流
將能量大量噴射到周圍的物質上,這也符合合併理論的預測:雙星系統中兩緻密子
星合併時,會在兩極方向噴出少量物質,產生短暫的噴流。此外,他們發現7/24的
瞬時GRB爆發的能量比一般典型長時GRB的能量還小10~1000倍左右,這點也符合合
併理論的預測。
史威福衛星並不是NASA唯一用來觀測短暫GRB的工具。另一艘HETE-2衛星也曾在7/7
捕捉到一次瞬時GRB,但這次爆發事件的後續可見光和X射線觀測到的餘輝,是位在
一個鄰近星系中的星系形成區中--這可不是恆星會敲喪鐘的地點,當然也不是合併
理論偏愛的地方!
按理來說,不論何種類型與年齡的星系,都應該會有可能會發生合併的緻密雙星系
統。我們銀河系中至少有一半以上的已知中子星雙星系統,最後都可能會合併。所
以,瞬時GRB爆發不應該只發生在橢圓星系中。
不過,雖然5/9和7/24的爆發事件都提供強烈證據證明:瞬時GRBs來自合併過程,但
有些天文學家指出:銀河中磁星--具有強烈磁場的中子星,也可能會引起強烈的爆發
,例如SGR 1806-20的爆發事件(天文速報2005.02.20天文史上銀河系最劇烈的爆發
)便與瞬時GRBs的許多特徵相同,而史威福觀測衛星有能力可以觀測到2億光年遠的
星系中所發生的磁星爆發現象。
雖然關於GRB謎題的解答還是具有爭議,但至少近期的觀測資料比較偏向瞬時GRB的來
源是緻密天體合併引起的,而且確定瞬時GRB的來源必定與長時GRB不同。天文學家們
現在只能覬覦能發現一個非常清楚的瞬時GRB爆發事件的對應天體,才能解決這個爭議。
資料來源:
http://www.nasa.gov/vision/earth/environment/sea_ice.html, 2005.08.16
* 轉載自臺北天文館
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