這是科學(xué)家對今年7月2日一次奇特伽馬暴的一種解釋。

藝術(shù)家描繪的一個恒星級黑洞，正在吞噬它的伴星。這是科學(xué)家對今年7月2日一次奇特伽馬暴的一種解釋。該次伽馬暴持續(xù)了7個小時。一種可能是，黑洞進(jìn)入恒星內(nèi)部，由內(nèi)而外地迅速吞噬了它，并釋放出強(qiáng)烈的伽馬射線。

NASA / LSU / Brian Monroe

天文學(xué)家今年7月2日發(fā)現(xiàn)了一個極為異常的現(xiàn)象。他們偵測到了一個來自80億光年外的神秘伽馬射線暴，其產(chǎn)生的強(qiáng)烈伽馬射線信號持續(xù)了約7個小時之久，竟沒有一臺望遠(yuǎn)鏡能夠從頭到尾跟蹤完它。而在經(jīng)過深入的分析之后，人們發(fā)現(xiàn)它的產(chǎn)生源頭更是個謎，僅有的幾種可能性都可以用匪夷所思來形容。

伽馬射線暴（GRB）簡稱伽馬暴，是一種讓人困惑的自然現(xiàn)象。它們是已知最劇烈的能量爆發(fā)事件，能夠在短短幾秒至幾分鐘內(nèi)釋放出太陽一生釋放能量的總和。因其主要的能量釋放方式為強(qiáng)烈的高能光子亦即伽馬射線閃光而得名。

到目前為止天文學(xué)家已經(jīng)偵測到大約15000個伽馬暴，幾乎每天一個。但它們依然極具神秘色彩。伽馬暴的持續(xù)時間通常只有幾毫秒或幾分鐘，很少有超過幾小時的。

持續(xù)時間大于2秒的伽馬暴通常源自超新星爆發(fā)。大質(zhì)量恒星生命終結(jié)爆發(fā)之時，會產(chǎn)生狹窄的高能“超相對論（ultrarelativistic）”噴流。狹窄的噴流要掃過地球才能被偵測到，因此被發(fā)現(xiàn)的這類伽馬暴極少。迄今為止觀測到的所有伽馬暴都來自遙遠(yuǎn)的河外星系。

而這個名為GRB 250702B的伽馬暴持續(xù)時間竟然長達(dá)7個小時之久，是之前最長伽馬暴持續(xù)時間的幾乎兩倍，沒有一臺望遠(yuǎn)鏡能夠獨立完成對它的全程跟蹤觀測。而研究人員在深入分析了這個伽馬暴之后發(fā)現(xiàn)，它的成因是個謎，不屬于任何已知的高能瞬變現(xiàn)象。

天文學(xué)家動用了多臺望遠(yuǎn)鏡來尋找這一事件的源頭。凱克、雙子座和VLT的觀測結(jié)果都指向它來自一個遙遠(yuǎn)的河外星系。而哈勃的觀測表明其所在的星系看上去可能正在和另一個星系合并，星系核心被一條黑暗的塵埃帶一分為二。

人們動用韋布望遠(yuǎn)鏡上的近紅外相機(jī)進(jìn)行了觀測，結(jié)果清楚地看到了爆發(fā)產(chǎn)生的強(qiáng)光正在穿透星系中的塵埃帶。

韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的伽馬暴GRB 250702B宿主星系。韋布的數(shù)據(jù)排除了星系中心超大質(zhì)量黑洞是該次伽馬暴產(chǎn)生原因的可能。

NASA / ESA / CSA / H. Sears (Rutgers) / A. Pagan (STScI)

研究人員發(fā)現(xiàn)，這次爆發(fā)異常劇烈，釋放的能量相當(dāng)于1000個太陽在100億年中持續(xù)釋放的能量總和。而這個星系距離我們極為遙遠(yuǎn)，當(dāng)80億年前爆發(fā)產(chǎn)生的強(qiáng)光開始傳播時，我們的太陽系和地球都還遠(yuǎn)未存在。

天體物理學(xué)家認(rèn)為大部分伽馬暴是大質(zhì)量恒星爆發(fā)成為超新星時觸發(fā)的。這些事件始于強(qiáng)烈的伽馬射線爆發(fā)，隨后會出現(xiàn)較低能的X射線余輝和其他輻射，并持續(xù)數(shù)天之久。

此次Swift天文臺、錢德拉天文臺和NuSTAR天文臺均對伽馬暴進(jìn)行了觀測，并在主爆發(fā)生后繼續(xù)監(jiān)視其X射線輻射。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在爆發(fā)后兩天內(nèi)，依然會出現(xiàn)快速的閃爆現(xiàn)象（耀斑），整個過程持續(xù)時間之長遠(yuǎn)超預(yù)期。

研究人員稱，這些耀斑的形成，應(yīng)當(dāng)源于黑洞持續(xù)積吸推動的物質(zhì)外流，但該過程持續(xù)之長，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)伽馬暴模型的解釋能力。觀測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在該事件的后期，依然會出現(xiàn)X射線耀斑，表明爆發(fā)的源頭始終在釋放能量。如果該事件由黑洞引起，表明其在初始噴發(fā)后至少數(shù)日內(nèi)一直在持續(xù)地吞噬物質(zhì)。

令研究人員感到困惑的是，GRB 250702B在伽馬暴發(fā)生之前就已經(jīng)出現(xiàn)了X射線輻射的征兆。這或許能為破解這一神秘事件提供線索。

該事件的獨特之處還包括，多數(shù)伽馬暴發(fā)生在小星系中，而GRB 250702B的宿主星系非常巨大——它的質(zhì)量是銀河系的兩倍多。

針對此次伽馬暴的成因，研究人員目前提供了兩種可能的解釋。這兩種解釋都與黑洞有關(guān)。其一是，一個質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)千個太陽，半徑僅為地球幾倍的中等質(zhì)量黑洞，由于過于接近一顆恒星，而將這顆恒星拉成了“面條”。恒星隨后被黑洞迅速吞噬。這是一個典型的潮汐瓦解事件，獨特之處在于，這個黑洞的質(zhì)量比一般的恒星級黑洞大得多。

第二種可能是，那里有一個質(zhì)量大約相當(dāng)于3個太陽，直徑只有約18公里的恒星級黑洞。這個黑洞有一顆伴星，這顆伴星的質(zhì)量和黑洞相近，但它比太陽小得多。這顆伴星之所以小，是因為它是一顆氦星，它原本包含的外層氫已被剝離。在這種情況下，黑洞會進(jìn)入恒星內(nèi)部，從內(nèi)部迅速吞噬恒星，并在此過程中觸發(fā)伽馬暴。這本質(zhì)上也是一次潮汐瓦解事件，但更特別。

無論哪種情形，黑洞周圍最初都會形成一個由其攫取的恒星物質(zhì)形成的吸積盤，吸積盤中的物質(zhì)最終都會穿越視界，落入黑洞內(nèi)部。研究人員在伽馬暴發(fā)生前監(jiān)測到的X射線輻射是吸積盤中氣體積聚升溫產(chǎn)生的。隨后，黑洞便迅速吞噬恒星，觸發(fā)強(qiáng)烈的伽馬暴。

不過第二種可能性雖然更有趣，也需要更多證據(jù)的支持。恒星級黑洞如果吞噬黑洞，其產(chǎn)生的能量一定會觸發(fā)超新星爆發(fā)。超新星爆發(fā)通常很難悄無聲息地進(jìn)行。而此次人們并沒有看到超新星。要么這種情況并沒有發(fā)生，要么超新星爆發(fā)被極厚的星際塵埃遮掩了，就連韋布太空望遠(yuǎn)鏡也沒有看到。

研究人員稱，除了這兩種解釋，目前也不排除其他可能。但有一點可以確定，即此次有史以來持續(xù)時間最長的伽馬暴事件，向我們展示了一個獨特的謎，其源頭可能涉及某種新型天體物理學(xué)事件。

藝術(shù)家筆下描繪的伽馬暴GRB 250702B。其產(chǎn)生的強(qiáng)大伽馬射線噴流持續(xù)了7個小時。伽馬暴出現(xiàn)在一個距離地球約80億光年的富含塵埃的星系內(nèi)。

NOIRLab / NSF / AURA / M. Garlick

參考

Comprehensive X-Ray Observations of the Exceptional Ultralong X-Ray and Gamma-Ray Transient GRB 250702B with Swift, NuSTAR, and Chandra: Insights from the X-Ray Afterglow Properties

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1741

Optical/Infrared Observations of the Extraordinary GRB 250702B: A Highly Obscured Afterglow in a Massive Galaxy Consistent with Multiple Possible Progenitors

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1d67