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分享 網管 - 科學新知 | 2019-11-26 | 人氣:47

 2019 年 11 月 21 日

宇宙中已知最明亮的爆炸類型是伽瑪射線暴,1 秒鐘內就能產生比太陽釋放一輩子還要多的能量。而最近一個國際天文團隊發現 2 個新的伽瑪射線暴事件,其中一個產生了迄今為止最強大的單顆光子能量,高達 1 兆電子伏特。

1960 年代末期,美國原本發射用來監視蘇聯核試驗的衛星,偵測到一些來自宇宙迅速增強又減弱的伽瑪射線,自此天文學家知道宇宙有這種高能現象,並開始結合太空及地面望遠鏡進行研究。

伽瑪射線暴(Gamma-ray burst,GRB)是指天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內暴增,持續時間介於 0.01~1,000 秒,爆發後一兩秒內,其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。

短暫而強烈的伽馬射線暴爆發之後與周圍氣體相互作用,會導致現場留下輻射「餘輝」,根據波段不同分為 X 射線餘輝、光學餘輝、無線電餘輝等,X 射線餘輝通常能持續幾個星期,光學餘輝和無線電餘輝則能持續幾個月到一年。

過去幾十年來,我們對伽馬射線暴的理解,大都是透過觀察低能餘輝得到的結論。

所幸科學家發現地球大氣層可以非常有效地吸收伽馬射線,當伽馬射線接觸大氣層時會產生契倫科夫輻射(Cherenkov radiation)這種藍色輝光,於是天文學家開始嘗試利用契倫科夫望遠鏡捕捉這種藍光,反追蹤伽馬射線暴的來源與強度。

▲ 契倫科夫輻射。(Source:DESY

有關伽瑪射線暴從哪來的問題,一些科學家猜測它來自兩個緻密天體合併,如雙中子星或雙黑洞,也有科學家認為它是在大質量恆星經歷「極超新星(superluminous supernova、hypernova,也稱駭新星)」爆炸、演化成黑洞的過程中產生。

只不過伽瑪射線暴平均每天僅觀察到 1 次,而且每次都是毫無預警地出現,所以一捕捉到線索,其他望遠鏡就要立刻跟進觀察以免錯過。

2018 年 7 月 20 日,NASA 的費米伽瑪射線太空望遠鏡向全球發出了 GRB 180720B 新伽瑪射線暴警報,高能立體視野望遠鏡(High Energy Stereoscopic System,H.E.S.S.)隨後跟進檢測,測得 GRB 180720B 距離地球約 60 億光年,單個光子能量約 0.1~0.44 TeV。

2019 年 1 月 14 日,費米伽瑪射線太空望遠鏡、尼爾·格雷爾斯雨燕天文衛星(Neil Gehrels Swift Observatory)上的紫外/光學望遠鏡(UVOT),又各自在天爐座(Fornax)方向發現了一道伽馬射線峰值,初估距離地球 70 億光年遠,2 顆太空衛星在 22 秒內立刻向地面上的合作天文台發出 GRB 190114C 伽瑪射線暴警報。

隨後總共逾 20 個天文台跟進追蹤 GRB 190114C,其中 MAGIC 伽馬射線望遠鏡(Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes)的設計非常輕巧,能夠迅速重新指向(雖然一座望遠鏡重達 64 噸),在收到警報後 27 秒內立刻瞄準 GRB 190114C,並因此發現了有史以來最高能量的光子、確定 GRB 190114C 距離地球約 45 億光年。

(Source:倫敦大學學院

開始觀測的 20 分鐘內,德國電子加速器(DESY)MAGIC 研究小組從 GRB 190114C 事件中檢測到數千個光子,而單顆光子能量竟高達 0.2~1 TeV,是我們周圍可見光光子能量的近 1 兆倍(可見光光子能量僅約 1 eV),更超越了先前伽瑪射線暴「GRB 130427A」事件中單顆光子的最高能量紀錄 0.094 TeV。

先前的伽瑪射線被認為由同步輻射過程所引起,然而科學家指出,單靠同步輻射機制無法促成這次的超高能伽瑪射線能量,後者可能由另一種稱為「逆康普頓散射」的機制推動,這個基本理論在 20 多年前就已問世,但苦於沒有證據,這回終於證實。

相關的 3 篇新論文都發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:DESY

 

 

原文網址:https://technews.tw/2019/11/21/gamma-r ... 14c-180720b-magic-photon/